《表1 不同阳极氧化时间下制备的TiO2和H-TiO2纳米管阵列电极的阵列长度和比电容》

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《TiO_2纳米管阵列的电化学自掺杂及电容特性》

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图2为不同阳极氧化时间下制备出的不同阵列长度的TiO2纳米管阵列电极及H-TiO2纳米管阵列电极在0.5 mol/L Na2SO4电解液中的电化学性能测试，图中J为电流密度，t为时间，V为电压，ZRe为阻抗Z的实部，ZIm为阻抗Z的虚部，l为管长，Cs为比电容。图2（a）和（b）是阳极氧化时间为2，5，8和10 h的原始TiO2和H-TiO2纳米管阵列电极在扫描速率为100 mV/s时的CV图。从图2（a）中可以看出，随着阳极氧化时间的增加，CV特性曲线积分面积变化不大，表明随着阵列长度的增加，TiO2纳米管阵列电极的电容性能没有明显变化且性能较差。从图2（b）中可以明显看出，H-TiO2纳米管阵列电极CV特性曲线呈现出标准的矩形，积分面积明显增加，表明H-TiO2电化学性能明显增强，具备理想的双电层电容特性。图2（c）和（d）为阳极氧化时间为2，5，8和10 h的原始TiO2和H-TiO2纳米管阵列电极在电流密度为0.1 mA·cm-2时的充放电性能曲线。可以看出，随着阵列长度的增加放电时间均逐渐增加，相应的比电容也逐渐增加，但变化不明显。图2（e）为TiO2和H-TiO2纳米管阵列电极的Nyquist图，图2（f）为H-TiO2纳米管阵列电极的Nyquist高频区放大图。由图2（e）可以明显看出，TiO2高频区半圆直径很大，表明TiO2纳米管阵列电极的导电性能不佳；低频区管长越长斜率越大，但远远偏离90°垂线，表明电极的电容性能较差；相比较而言H-TiO2纳米管阵列电极电荷转移电阻（Rct）较小，且随着阵列长度的增加Rct也逐渐减小，表明氢掺杂能够很好地提高纳米管阵列电极的电化学性能。图2（g）及表1为不同阳极氧化时间下制备的TiO2纳米管阵列的阵列长度及加氢前后比电容。可以看出，随着阳极氧化时间的增加，TiO2纳米管阵列的管长在逐渐增加，相应的电化学性能也有所提升，H-TiO2比电容是原始TiO2的14.3倍，表明电化学自掺杂确实可以提高TiO2的电导率，但阵列长度对其导电性及电容性能的影响微乎其微，且浪费大量的制备时间，所以增加纳米管阵列长度来增加电极的电化学性能是不现实的。故以下TiO2纳米管阵列均为阳极氧化5 h制备。