超级电容器是一种既有高功率密度且能量密度远高于电介质电容器的储能装置。按储能原理不同,可以分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器。赝电容一般依靠化学吸附-脱附或电极物质的氧化还原反应储存电荷和能量,电极材料主要有聚合物材料和金属氧化物。二氧化钛(TiO2)在自然界中有板钛型、锐钛和金红石型等三种晶体结构,板钛型的晶型不稳定,在工业利用价值不大,锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)具有稳定的晶相。理想TiO2为半导体,禁带宽度约3.2 eV,可吸收紫外光发生光电效应,产生电子空穴对。此外TiO2中的过渡金属元素的Ti元素具有多种价态,能够通过氧化还原反应储存电荷和能量,因此TiO2可用作赝电容型超级电容器电极材料。本论文研究内容和主要结果如下:首先,我们通过阳极氧化法制备二氧化钛纳米管。使用的电解液中含NH4F质量分数为0.3%,H2O体积分数5%,通过控制氧化时间和氧化电压得到不同形貌二氧化钛纳米管。在恒定氧化电压60 V条件下,TiO2纳米管的管径和管长都随着阳极氧化时间的增长而增大;超过13 h后,TiO2管长增长幅度明显减小,且管径大小基本保持不变,比电容在13 h时也达到最大,约20mF/cm2。在氧化时间为13 h条件下,当阳极氧化电压低于60V时,TiO2纳米管的管长随电压增大而变长,当电压超过60V后,随着电压增大而变短;在试验电压范围,管径则是随着电压增大而增大,比电容亦随电压增大而增大。其次,以硫酸钛为钛源,通过水热合成法制备了 TiO2纳米颗粒,利用XRD和SEM对其结构和形貌进行了表征,并分析了水热温度对TiO2纳米颗粒大小的影响。研究表明,水热合成的TiO2纳米颗粒为锐钛矿结构,直径为30-50nm。经过电循环处理后,TiO2导电性大幅提高,比电容也从10mF/cm2急剧增大到103mF/cm2并保持稳定。在TiO2的CV曲线中观察到明显的氧化还原峰,证明了其电容性能主要来自于二氧化钛的氧化还原反应。