王曉歡，李勝浩，史志銘，王 俊，新巴雅爾，劉 亮

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010051）

作為典型鈦鐵礦鈦酸鹽的FeTiO3是一種n型半導(dǎo)體材料，它具有與鈣鈦礦相同的［BO6］八面體，最大的不同之處是可變價(jià)Fe離子能夠引起A位和B位離子價(jià)態(tài)變化并造成晶體缺陷，如氧空位。這些變化必然引起FeTiO3物理化學(xué)性質(zhì)的改變，預(yù)示著廣闊的應(yīng)用前景。從晶體結(jié)構(gòu)上講，F(xiàn)eTiO3結(jié)構(gòu)與赤鐵礦相似，鈦原子可以替換（001）平面上的三價(jià)鐵離子。這種離子的替換進(jìn)一步影響其電子結(jié)構(gòu)，從而改變光學(xué)性能和電性能。此外，F(xiàn)eTiO3是一種含有鐵和鈦兩種金屬元素的雙金屬氧化物，這種結(jié)構(gòu)預(yù)示著它具有很好的催化活性及離子儲(chǔ)存性能。從能帶結(jié)構(gòu)上講，沒有改性的FeTiO3的帶隙為2.5~2.9 eV［1-3］，其光吸收范圍在可見光范疇（390~760 nm），通過電子結(jié)構(gòu)調(diào)控，價(jià)帶電子吸收可見光容易躍遷至導(dǎo)帶，而成為一種很好的可見光催化材料。另外，可以通過改變能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變其導(dǎo)電性能，使其成為較好的離子導(dǎo)電材料。筆者總結(jié)了FeTiO3常見的制備方法及性能研究進(jìn)展。

1 FeTiO3的制備方法

1.1 固相合成法

高溫固相合成法是制備FeTiO3最早的方法，其制備基本過程是將反應(yīng)物粉體按一定的比例充分混合、研磨，之后在真空下高溫煅燒數(shù)小時(shí)后再經(jīng)過處理，得到FeTiO3粉體。例如，NAYLOR等［4］將反應(yīng)物研磨后充分混合，在1 165~1 300℃下真空煅燒30 h制備FeTiO3，反應(yīng)式為Fe+Fe3O4+4TiO2=4FeTiO3。STIEKLER等［5］利用反應(yīng)物在丙酮中研磨、晾干，混合物在1 000℃空氣中加熱24 h。研磨后在一氧化碳和二氧化碳混合氣氛中1 000℃下灼燒6 h。最后放在已抽真空的硅試管中800℃煅燒14 d，并以50℃/h的速度冷卻，得到FeTiO3，反應(yīng)式為Fe2O3+2TiO2=2FeTiO3+1/2O2。還有研究者利用真空條件完成固相反應(yīng)，加熱溫度為1 200℃，反應(yīng)式為FeO+TiO2=FeTiO3［6］。

球磨法也是制備FeTiO3的一種常用方法。M?RUP等［7］研究了鈦鐵礦（FeTiO3）在惰性氣氛下隨著高能球磨時(shí)間的增加，其晶體結(jié)構(gòu)、陽離子無序和磁性能的演變規(guī)律。鈦鐵礦的六方晶系結(jié)構(gòu)在高能球磨128 h后仍保持不變，但中子衍射研究表明，球磨樣品中Fe2+和Ti4+表現(xiàn)出明顯的陽離子重分布現(xiàn)象。還有研究者將鈦鐵礦在室溫下空氣中球磨，球磨100 h后，鈦鐵礦完全轉(zhuǎn)化為熱亞穩(wěn)態(tài)Fe2Ti3O9和Fe2O3相［8］。ABSALAN等［9］報(bào)道了一種利用鋼球和二氧化鈦納米粒子高速球磨制備精細(xì)鈦鐵礦FeTiO3納米粒子的機(jī)械化學(xué)方法。在球磨過程中，碰撞能引起局部高溫，通過TiO2納米粒子、氧氣和鋼球表面鐵原子的反應(yīng)，合成了典型的粒徑為15 nm的純FeTiO3納米粒子。高溫固相合成法制備FeTiO3耗能耗時(shí)，制備難度很高，現(xiàn)在應(yīng)用較少。

另外，在制備過程中，焙燒氣氛發(fā)揮著重要作用。它不僅決定相組成，還影響材料內(nèi)部的晶體缺陷。XIAO等［10］研究了鈦鐵礦氧化過程的相變、形貌變化和氧化機(jī)理。FeTiO3在700~800℃氧化時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦和金紅石，在氧化溫度達(dá)到900℃時(shí)形成假板鈦礦。初始鈦鐵礦粉呈順磁性，然而在中等溫度（800~850℃）氧化后，產(chǎn)物表現(xiàn)出弱鐵磁性。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，在中等溫度下，鈦鐵礦顆粒表面出現(xiàn)大量微孔，可以增強(qiáng)氧化過程中氧的傳質(zhì)。李晴宇等［11］將鈦鐵礦在氬氣及氧化氣氛中不同溫度下進(jìn)行煅燒。采用XRD及熱分析研究了鈦鐵礦在不同溫度下煅燒后的相組成及質(zhì)量變化。在氬氣氣氛950℃下煅燒后，鈦鐵礦的物相組成沒有發(fā)生變化；在空氣中不同溫度煅燒后，600~800℃較低溫度區(qū)間，鈦鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)亞穩(wěn)定的Fe2Ti3O9，950℃以上煅燒時(shí)，鈦鐵礦轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)穩(wěn)定的Fe2TiO5。鈦鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)由煅燒前的三方結(jié)構(gòu)經(jīng)過低溫煅燒后轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)六方晶系的Fe2Ti3O9，950℃以上煅燒后，晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄档腇e2TiO5。

1.2 濕化學(xué)法

水熱合成法可以制備出形貌可控、尺寸均一、結(jié)晶良好且團(tuán)聚程度較輕的納米材料。研究者們利用水熱法制備出了不同形貌的納米FeTiO3。兩步連續(xù)水熱法制備FeTiO3-TiO2空心球體，該空心球體具有較好的光催化效果［12］。GUAN等［13］利用水熱法220℃保溫10 h制備了鈦酸鐵納米片，并表現(xiàn)出很好的催化活性和儲(chǔ)鋰性能。TAO等［14］首先將商用FeTiO3球磨后在120℃下磁力攪拌，水熱處理2 h，干燥后制得FeTiO3納米花，尺寸為厚5~20 nm、寬100~200 nm。ZHANG等［15］通過水熱法，以鈦酸鹽納米線前驅(qū)體為表面活性劑、FeCl2·4H2O為Fe源、硫脲為表面活性劑，成功制備了納米圓盤、納米立方體和納米八面體等具有不同形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。WANG等［16］以MOF-Fe納米棒為犧牲模板和前驅(qū)體，在N2氣氛下進(jìn)行熱碳化，合成了三元TiO2@C/FeTiO3（TCF）空心納米管。

溶膠-凝膠法因其制備工藝簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用。溶膠-凝膠法是制備納米陶瓷粉體最成功的方法之一，制備的顆粒粒徑分布較窄，具有明顯的優(yōu)越性。GU等［17］以溶膠-凝膠法為前驅(qū)體，利用靜電紡絲技術(shù)制備了FeTiO3納米纖維，其形貌如圖1所示。SIVAKUMAR等［18］利用溶膠-凝膠法制備了FeTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)，研究其光催化性能。YU等［19］利用溶膠-凝膠沉積和固態(tài)退火處理的方法制備了FeTiO3納米棒（FTO?CNTs），并將其作為鈉離子電池的陽極材料。MORíN等［20］采用溶膠-凝膠法制備了幾種不同比例的FeTiO3/TiO2催化劑，并研究了其光催化性能。

圖1 FeTiO3/PVP復(fù)合納米纖維在650℃煅燒前（a）和煅燒后（b、c）的SEM圖及EDX結(jié)果（d）［17］Fig.1 SEM images of FeTiO3/PVP composite nano-fibers before（a）and after calcination at 650℃（b，c）and EDX results（d）［17］

此外，表面活性劑輔助模板法也被用來制備納米晶FeTiO3陶瓷粉體，所得粉末在空氣中以150~600℃的不同溫度煅燒2 h。在600℃條件下，F(xiàn)eTiO3可以得到純凈的六方相［21］。微波加熱，均相沉淀法合成了一系列納米TiO2-Fe2O3復(fù)合材料［22］。利用脈沖激光沉積法在α-Al2O3（0001）襯底上制備了鈦鐵礦結(jié)構(gòu)FeTiO3薄膜［23］。MONA等［24］采用3種不同的工藝合成FeTiO3粉體。第一種方法是在堿性條件下，用硝酸鐵和氯化鈦水溶液，通過鐵離子和鈦離子的簡(jiǎn)單共沉淀法合成FeTiO3；第二種方法是在100℃消耗氫氧根沉淀形成FeTiO3相；第三種技術(shù)是利用檸檬酸鹽法制備FeTiO3粉體。共沉淀法、微波法和微波輔助煅燒法［25］也被用來制備FeTiO3納米粉體和FeTiO3納米花，其形貌如圖2所示。

圖2 水熱法制備的FeTiO3-TiO2形貌圖［11］Fig.2 SEM images of FeTiO3-TiO2 hollow sphere preparation by hydrothermal method［11］

2 FeTiO3的改性方法

到目前為止，對(duì)于FeTiO3的研究并不多，因此改性研究也只有半導(dǎo)體復(fù)合。大量研究表明半導(dǎo)體復(fù)合可以改善材料的光催化性能。通常，單一的半導(dǎo)體作為功能材料會(huì)存在一些不足，例如，單一半導(dǎo)體的光生電子空穴復(fù)合率較高，導(dǎo)致催化活性不佳。為了對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行改性，研究者們會(huì)將兩種半導(dǎo)體復(fù)合，使之形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的催化劑。這種復(fù)合一般是指將催化劑半導(dǎo)體與另一種禁帶寬度較小的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合。以最常用的TiO2催化劑為例，半導(dǎo)體復(fù)合體系 有：TiO2-ZrO2［26］、TiO2-CuO［27］、TiO2-CeO2［28］、TiO2-Ag2O［29］和TiO2-SnO2［30］，由于兩種半導(dǎo)體存在能 級(jí)差，所以復(fù)合半導(dǎo)體具有不同于純半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。當(dāng)紫外光照射時(shí)，光生電子由TiO2的價(jià)帶遷移至導(dǎo)帶，空穴聚集在窄帶隙半導(dǎo)體的價(jià)帶，實(shí)現(xiàn)了電子-空穴有效分離。

在此研究的基礎(chǔ)上，研究者對(duì)FeTiO3也進(jìn)行了復(fù)合改性，合成了一系列FeTiO3/TiO2復(fù)合材料，并研究其光催化性能。GAO等［31］制備了FeTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)，研究表明由于復(fù)合之后光生空穴可以在FeTiO3和TiO2的價(jià)帶（VB）之間轉(zhuǎn)移，所以相比單相FeTiO3，F(xiàn)eTiO3/TiO2復(fù)合材料具有極高的光催化效率。SIVAKUMAR等［18］同樣制備了FeTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)，發(fā)現(xiàn)在紫外-可見光下FeTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)對(duì)有機(jī)染料RY84和RB5的降解活性高于純TiO2。原因是這種半導(dǎo)體間的電子空穴分離過程增加了TiO2表面空穴的壽命，因此異質(zhì)結(jié)FeTiO3-TiO2比純TiO2的光催化活性更高。ABBASI等［32］制備了FeTiO3/TiO2/Ag納米復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，該材料在可見光下對(duì)羅丹 明B污染物的光催化活性最高。HAN等［12］將FeTiO3和TiO2復(fù)合制備了空心球，在模擬光照條件下FeTiO3/TiO2空心球具有很好的光催化水氧化活性，原因是FeTiO3/TiO2空心球表面空間電荷區(qū)存在有效的異質(zhì)界面和內(nèi)建電場(chǎng)，對(duì)促進(jìn)光致電子空穴對(duì)的分離具有積極的作用。具有適當(dāng)物質(zhì)的量比的FeTiO3/TiO2空心球中的光生載流子比單相FeTiO3空心球中的載流子具有更高的分離效率和更長的壽命。WANG等［16］制備了三元TiO2@C/FeTiO3（TCF）空心納米管，包括中空的針狀的框架、中間導(dǎo)電碳層和單分散FeTiO3納米粒子嵌入碳層，由于這樣的結(jié)構(gòu)特性，空心TCF復(fù)合材料能有效地收獲全頻譜光能量，增強(qiáng)界面電荷分離和抑制復(fù)合光生電子空穴對(duì)，導(dǎo)致光電壓增強(qiáng)。DADIGALA等［33］制備了太陽光驅(qū)動(dòng)的C-TiO2/FeTiO3復(fù)合材料，在陽光照射下，C-TiO2/FeTiO3催化劑能有效降解甲基橙（MO），并顯示出比純FeTiO3或C-TiO2更高的光催化活性，其中含10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）FeTiO3的C-TiO2/FeTiO3光催化劑的光催化活性最高。這是因?yàn)镃-TiO2與FeTiO3之間形成了緊密接觸的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得電荷轉(zhuǎn)移更容易，電子空穴對(duì)的分離更有效，從而提高了復(fù)合材料的光催化活性。ZHANG等［34］合成了α-Fe/FeTiO3/TiO2復(fù)合材料，研究表明α-Fe/FeTiO3/TiO2對(duì) 亞 甲基藍(lán)具有較高的光催化降解效率。此外，還有研究者研究了FeTiO3/TiO2復(fù)合材料的電池性能。LI等［35］將FeTiO3和TiO2復(fù)合，制備出FeTiO3/TiO2@C柔性纖維膜，相比純FeTiO3，該復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)性能，主要?dú)w因于TiO2基體體積變化小、FeTiO3容量大和良好的3D網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電性的協(xié)同效應(yīng)。將過渡金屬氧化物與TiO2混合是提高過渡金屬氧化物和TiO2陽極性能的好方法，可以將過渡金屬氧化物高容量的優(yōu)點(diǎn)與TiO2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)合起來。

3 FeTiO3的性能研究

3.1 磁性

FeTiO3本身具有磁性，研究者對(duì)FeTiO3的磁性進(jìn)行了分析。M?RUP等［7］研究了FeTiO3在惰性氣氛中經(jīng)過長時(shí)間高能球磨后晶體結(jié)構(gòu)、陽離子無序和磁性能的演化。穆斯堡爾譜研究表明Fe2+磁超精細(xì)場(chǎng)，球磨前大約是5 T，經(jīng)過超過4 h的球磨后，廣泛分布的超精細(xì)場(chǎng)大約為40 T。球磨法使鈦鐵礦的晶體尺寸減小到20 nm左右，也導(dǎo)致了陽離子的無序化，但保持了六方晶體結(jié)構(gòu)。由球磨引起的缺陷和陽離子無序?qū)е铝顺?xì)場(chǎng)顯著增加（高達(dá)約40 T），但與一些球磨鐵酸鹽相比，奈爾溫度（TN）并不影響球磨。FUJII等［36］采用等離子濺射技術(shù)，在α-Al2O3（001）襯底上制備了外延FeTiO3+δ（001）薄膜。FeTiO3+δ薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性能在很大程度上依賴于濺射過程中的殘余氧分壓。低溫下R3對(duì)稱性薄膜具有鐵磁性，而具有R3c對(duì)稱性的非化學(xué)計(jì)量的FeTiO3+δ在室溫下具有反鐵磁性。FUJII等［37］研究發(fā) 現(xiàn)Fe2+和Ti4+之間的能級(jí)很接近，所以Fe2+和Ti4+之間有可能存在價(jià)間電荷轉(zhuǎn)移。為了闡明FeTiO3中Ti離子的真實(shí)電子結(jié)構(gòu)，在Ti2p-3d激發(fā)態(tài)上進(jìn)行了共振光電發(fā)射光譜（RPES）和X射線磁圓二色性（XMCD）測(cè)試。RPES譜清晰地顯示了價(jià)帶Ti三維態(tài)的部分態(tài)密度。價(jià)帶頂部的Ti三維態(tài)與Fe三維態(tài)重疊。此外，在Ti L2，3邊的XMCD譜表明，盡管Ti4+在一般意義上具有非磁性，但FeTiO3中的Ti離子具有較大的磁極。HOJO等［38］利用脈沖激光沉積法在α-Al2O3（0001）基板上制備了0.8FeTiO3·0.2Fe2O3外延薄膜，研究了其電和磁性。有序相薄膜為p型半導(dǎo)體鐵磁體，居里溫度在270 K左右。SRINIVAS等［21］采用溶膠-凝膠自點(diǎn)火法制備了不同粒度分布的FeTiO3納米粒子。將制備好的粉末在適當(dāng)?shù)臏囟认峦嘶?，得到納米晶FeTiO3，并進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和磁化表征。結(jié)果表明樣品在15 K以下為弱鐵磁性。所有樣品在高于尼爾溫度時(shí)，均完全遵守了Curie-Weiss定律。滯后曲線在峰值溫度以下表現(xiàn)為有限矯頑力，在室溫下無矯頑力。偏置磁場(chǎng)冷卻后各樣品的磁化曲線（MH曲線）均表現(xiàn)出TN以下的交換偏置，這是由于樣品的尺寸和表面效應(yīng)是有限的。交換偏置是由表面自旋無序引起的弱鐵磁性和鐵離子混合價(jià)態(tài)引起的鐵磁性相互作用引起的。

3.2 光催化性能

快速的工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致大量的有毒污染物的排放，嚴(yán)重破壞了環(huán)境，甚至威脅到了人類的健康。光催化是一種非常有價(jià)值和潛力的技術(shù)。盡管可見光光催化技術(shù)近年來得到了廣泛的研究，但是其在廢水處理中的實(shí)際應(yīng)用仍然存在很多問題。1）可見光的利用率低。目前研究的催化劑材料一般對(duì)可見光的利用率較低，多在紫外區(qū)域，如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)更寬的太陽光光譜響應(yīng)，就可以提高光子的利用率，提高光催化效率。2）量子效率低。光生載流子形成的電子-空穴對(duì)中絕大部分都在激發(fā)后迅速復(fù)合，降低了量子效率。這在很大程度上阻礙了催化劑的實(shí)際應(yīng)用。另外，較細(xì)小的光催化劑顆粒具有較大的表面能，在范德華力的作用下容易團(tuán)聚，進(jìn)一步降低量子效率。3）分離困難。常用的光催化劑集中于納米尺寸，較小的納米顆粒使得光催化反應(yīng)結(jié)束后難以從水相中分離，很大程度上增加了光催化技術(shù)的成本。探究易分離的催化劑成為重要的研究方向。4）重復(fù)使用差。較細(xì)小的光催化劑具有較大的比表面積和表面能，有利于電荷的分離和污染物的吸附，然而，較小尺寸也導(dǎo)致了納米顆粒易于團(tuán)聚，影響光催化的性能，重復(fù)利用率低。5）光降解組分單一。大多數(shù)研究都集中于某一種污染物質(zhì)的光催化降解。工程上污染物質(zhì)往往存在多組分，所以單一目標(biāo)物的研究與實(shí)際情況相距較遠(yuǎn)。對(duì)可見光光催化材料的結(jié)構(gòu)和形貌的合理設(shè)計(jì)和構(gòu)筑，能夠克服上述問題，提高光催化性能。比如，無機(jī)空心球具有更大的表面積，提升了其光催化降解有機(jī)污染物的性能，有利于分離和重復(fù)使用。

到目前為止，對(duì)于鈦酸亞鐵性能研究較多的就是光催化。GAO等［31］發(fā)現(xiàn)水熱法制備的FeTiO3與TiO2異質(zhì)結(jié)催化劑在可見光照射下對(duì)氣相2-丙醇礦化具有良好的光催化活性。ABBASI等［32］研究了FeTiO3/TiO2/Ag納米復(fù)合材料的光催化性能，研究顯示光催化劑在以羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基橙為污染物模型中表現(xiàn)出良好的光催化性能。DADIGALA等［33］以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的FeTiO3為原料，合成了陽光驅(qū)動(dòng)的C-TiO2/FeTiO3復(fù)合材料。在陽光照射下，C-TiO2/FeTiO3光催化劑有效降解了甲基橙，其光催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純FeTiO3或碳摻雜二氧化鈦（C-TiO2），其中FeTiO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的C-TiO2/FeTiO3光催化劑的光催化活性最高。ZHANG等［34］還原Fe3O4@TiO2合成α-Fe/FeTiO3/二氧化鈦，隨后氮化處理。制得的樣品對(duì)亞甲基藍(lán)具有很好的光催化效果，降解率高達(dá)99.8%。PAN等［39］以甲基苯基亞砜為探針，在可見光輔助的FeTiO3/過硫酸鹽體系中驗(yàn)證了Fe（Ⅳ）的存在。FeTiO3/過硫酸鹽/光體系能夠通過光生高價(jià)Fe（Ⅳ）選擇性降解四環(huán)素和雙酚A等電離勢(shì)較低的芳香族化合物。分析表明，F(xiàn)eTiO3表面Fe（Ⅲ）與SO42-之間形成的配合物是活性差的原因。MORADI等［40］采用超聲輔助法制備了FeTiO3/GO納米復(fù)合材料，提出了FeTiO3/GO納米復(fù)合材料可作為一種能夠成功去除水溶液中酚類化合物的高穩(wěn)定性催化劑。FeTiO3/GO納米復(fù)合材料在5次循環(huán)后降解苯酚的效率僅下降了10.8%，苯酚濃度越高，降解效率越低，在最佳條件下輻照240 min，降解效果更好。清除劑的作用表明，超氧自由基和羥基自由基在光降解過程中起主要作用。

作為光催化材料，鈦酸亞鐵的優(yōu)勢(shì)在于：適當(dāng)?shù)膸叮?.5~2.9 eV），其光吸收范圍在可見光范疇，可以解決可見光利用率問題；鈦酸亞鐵具有特有的磁性，可以很好地解決分離回收問題。針對(duì)量子效率低的問題，可以采用離子摻雜方法進(jìn)行改性，力爭(zhēng)解決其光生載流子復(fù)合問題。關(guān)于鈦酸亞鐵離子摻雜改性目前還沒有受到關(guān)注。還原氣氛下異價(jià)離子摻雜將會(huì)改變離子價(jià)態(tài)組成及氧空位濃度，從而改變催化性能。

3.3 儲(chǔ)鋰性能

鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品，同時(shí)在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上也表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前，鈦基鋰離子電池負(fù)極材料的研究日漸廣泛。鈦基氧化物材料（如TiO2和LiTiO2）相對(duì)于傳統(tǒng)碳負(fù)極材料具有較高的電壓平臺(tái)、充放電過程中體積變化小等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是一種非常有應(yīng)用前景、可替代碳的新型負(fù)極材料。鈦酸鋰（Li4Ti5O12）也被稱為“零應(yīng)變”材料，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可有效避免充放電過程中因材料體積變化導(dǎo)致的容量衰減和循環(huán)穩(wěn)定性不佳等問題，大大提高材料的循環(huán)性能和使用壽命。但是從研究現(xiàn)狀來看，目前研究的鈦基鋰離子電池負(fù)極材料的電容量并不高，其主要原因是較低的理論容量、較低的電導(dǎo)率和低的鋰離子傳輸速率。例如，Li4Ti5O12材料具有較低電子電導(dǎo)率（10-13S/cm）和鋰離子傳輸速率（10-13~10-9cm2/s），這就造成較大的首次不可逆容量和倍率性能不佳等問題。

FeTiO3是一種典型的過渡金屬鈦酸鹽，具有較高的理論容量（530 mA·h/g）。YU等［19］制備了FeTiO3納米顆粒嵌入碳納米管（FTO?CNTs），F(xiàn)TO?CNTs電極具有多項(xiàng)顯著的優(yōu)勢(shì)，包括一個(gè)中空的內(nèi)部混合納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了完全封裝超微電活性單位、靈活的導(dǎo)電碳矩陣和穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面。FTO?CNTs電極提供了一個(gè)良好的循環(huán)穩(wěn)定性（首次放電比容量為358.8 mA·h/g，200次循環(huán)后放電比容量為100 mA·h/g）和優(yōu)異的電容，庫侖效率高達(dá)99%。LI等［35］制備了三維網(wǎng)絡(luò)FeTiO3/TiO2@C柔性纖維膜。直接用作陽極，該電極在750℃煅燒3 h后在電流密度為300 mA/g下經(jīng)過100次循環(huán)，可逆容量為205.4 mA·h/g。GUO等［41］利用TiO2/FeTiO3@C雜化微球作為LIBs正極材料，由于TiO2基體體積變化小，F(xiàn)eTiO3容量大，碳涂層導(dǎo)電性好等協(xié)同作用，使電池具有良好的循環(huán)和速率性能，在電流密度為100 mA/g時(shí)，電池容量 可 達(dá) 到441.5 mA·h/g。BRUGNETTI等［42］利用 球磨和水熱法 制 備了FeTiO3，并將其作為電池負(fù)極材料，研究結(jié)果顯示第一次陽極脫滲的比容量約為150 mA·h/g，循環(huán)5次后穩(wěn)定在125 mA·h/g。GUO等［43］利用溶劑熱法制備了多孔TiO2-FeTiO3@C三元復(fù)合材料，電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電流密度為100 mA/g條件下，循環(huán)150次后，所制備的多孔電極材料的可逆容量為494.5 mA·h/g。速率能力測(cè)試表明，在電流密度為100、200、400、800、1 600 mA/g時(shí)，所獲得的比容量分別為374.1、248.4、189.3、158.2、116.2 mA·h/g。

從目前的研究來看，研究者們?cè)噲D通過對(duì)FeTiO3進(jìn)行形貌調(diào)整或復(fù)合的方法來提高其作為電極材料的循環(huán)性能和倍率性能。但是，F(xiàn)eTiO3作為鋰離子電池負(fù)極材料在高倍率下容量衰減嚴(yán)重，且循環(huán)性能較差。因此，其電化學(xué)性能仍然有提升空間。例如，可以通過摻雜或復(fù)合等方法改善其導(dǎo)電性，從而達(dá)到提高倍率性能和循環(huán)性能的目的。

4 結(jié)論和建議

綜上所述，目前對(duì)于FeTiO3的制備方法做了一些探索，制備出了不同形貌的樣品，對(duì)其磁性、催化性能和儲(chǔ)鋰性能也進(jìn)行了研究。從FeTiO3的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)來講，都預(yù)示著其具有更廣泛的應(yīng)用前景。因此，作為功能材料其研究范圍和研究深度還有待于進(jìn)一步拓展和深入。例如，可以通過改變制備工藝或離子摻雜等手段調(diào)控FeTiO3的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)FeTiO3進(jìn)行改性研究，以獲得更優(yōu)異的物理化學(xué)性能，拓寬其在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。