[發明專利]一種TiO2@Fe2O3分層多級復合納米陣列材料及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 201410089620.7
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN104037398A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 余穎;高林
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/52;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術領域

本發明涉及一種TiO₂@Fe₂O₃分層多級復合納米陣列材料及其制備方法、在鋰離子電池負極材料方面的應用，屬于能源領域。?

背景技術

TiO₂作為一種環境友好并且合成方便的產品不僅在化妝品，陶瓷，光催化等方面有廣泛的應用，在鋰離子電池負極材料方面也存在潛在的應用價值。近年來，關于一維結構的TiO₂納米線，納米棒，納米管的制備并且作為鋰離子電池負極材料的研究越來越多，并且都體現出了優異的電化學性能，然而關于二維結構TiO₂納米片的研究卻相對較少，TiO₂納米片相對于一維的納米結構具有更高的比表面積，并且在負極材料的研究方面也體現出了穩定的電化學性能。（Shaohua?Liu?et?al.Adv.Mater.2012,24,3201-3204；Jun?Song?Chen?et?al.Mater.Today.2012,15,246-254.）但是，由于TiO₂理論容量（335mAh?g^-1）相對于其它金屬氧化物（700～1000mAh?g^-1）仍然偏低，嚴重阻礙了該納米材料在鋰離子電池領域的商業化應用。α-Fe₂O₃因為其較高的理論容量（1007mAh?g^-1）和低廉的價格并且對環境無污染，一直是下一代鋰離子電池負極材料的熱點研究對象之一，然而其充放電過程中產生的巨大形變嚴重影響了其電化學性能，導致其電化學性能不穩定如循環性能差等。本發明第一次制備出了TiO₂納米片陣列上沉積Fe₂O₃納米棒的分層多級復合納米陣列材料。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種TiO₂@Fe₂O₃分層多級復合納米陣列材料及其制備方法，將TiO₂納米片同α-Fe₂O₃納米棒結合起來，得到有較好的電化學性能的負極材料。?

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：?

一種TiO₂@Fe₂O₃分層多級復合納米陣列材料，是一種分層多級結構，由α-Fe₂O₃納米棒沉積在二維TiO₂納米片表面所形成，所述TiO₂納米片由直徑5～20nm的TiO₂納米顆粒堆積而成的；所述α-Fe₂O₃納米棒長度為100～500nm，直徑為10～25nm，所述TiO₂納米片為卷曲的片狀結構，尺寸為0.3～2μm,厚度為20～50nm。?

上述TiO₂@Fe₂O₃分層多級復合納米陣列材料的制備方法，將TiO₂納米片置于可溶性鐵鹽和Na₂SO₄的混合溶液中進行水熱反應，繼而經過高溫煅燒制備得到TiO₂@Fe₂O₃分層多級復合納米陣列材料。?

按上述方案，所述可溶性鐵鹽溶液中的鐵離子濃度為5～35mmol/L，Na₂SO₄濃度為5～50mmol/L。?

按上述方案，所述可溶性鐵鹽溶液中的鐵離子濃度優選為10～20mmol/L，最優選18.6mmol/L，Na₂SO₄濃度,優選為15～40mml/L，最優選為35.2mmol/L。?

按上述方案，所述鐵鹽可以選自FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Fe(NO₃)₃等中一種或幾種按任意比例混合的混合物。?

按上述方案，所述水熱反應的溫度為100～150℃，水熱反應的時間為4～12小時，水熱反應中TiO₂納米片作為襯底與水熱釜底部呈30～60°夾角。?