[發明專利]Magnéli相氧化鈦納米線陣列及其制備方法

有效

• 申請號: 201410254580.7
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103991904A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 沈培康;長世勇
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01G23/08
• 分類號: C01G23/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

技術領域

本發明涉及Magnéli相亞氧化鈦納米線陣列及其制備方法，屬納米材料科學領域。

背景技術

Magnéli相氧化鈦是一系列非化學計量比鈦氧化物的通稱，其通式可表述為Ti_nO_2n-1?(4≤n≤9)，包括Ti₄O₇,?Ti₅O₉，Ti₆O₁₁，Ti₇O₁₃，Ti₈O₁₅，Ti₉O₁₇等化合物。Magnéli相氧化鈦并非二氧化鈦的摻雜物或者TiO_x(x?<?2)的混合物，而是晶體結構穩定的非化學計量比鈦氧化物。Ti_nO_2n-1晶體結構可以看做是以金紅石型二氧化鈦為母體，每n層為一個氧缺失層所構成。由于其獨特的晶體結構，使其表現出完全不同于二氧化鈦的物理、化學和電化學性能，包括類金屬的高電導率、極強抗酸堿化學穩定性以及優秀的電化學穩定性。可用于電池電極材料和電池導電填充材料、催化劑載體材料以及電極支撐材料。

Keith?Ellis等在文章中報道[J.Power?Sources,?2004，36,?336–371]，Magnéli相氧化鈦替代碳材料做雙極板鉛酸蓄電池的極板材料，不僅提高了活性物質的利用率，還使整個鉛酸電池的重量和體積得到改善，對一個輸出電壓為36?V的普通車載鉛酸電池的實驗結果表明，與碳材料雙極板鉛酸蓄電池相比，Magnéli相氧化鈦材料極板鉛酸蓄電池比碳材料極板鉛酸蓄電池重量減輕了約40％，體積節省超過30％。W.J.?Macklin等將?Magnéli相氧化鈦材料應用于聚合物電解質鋰電池導電添加劑材料，避免了由碳材料作導電添加劑時在循環充放電過程中鋰離子不可逆嵌入碳材料導致電池容量的損失?[Solid?State?Ionics,1992,?694,53-56]。Lj.?M.?Vracar報道用[J.?Electroanal.?Chem.?2006,?587,?99-107]?Magnéli相氧化鈦材料作鉑催化劑載體，在0.5?mol/L的高氯酸溶液中對催化劑性能的測試表明催化劑氧還原活性相對多晶鉑提高了10倍。T.?Ioroi等[Electrochem.Commun.,2005,?7,?183-188]?對?Magnéli氧化鈦作為聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）催化劑載體進行了研究。研究結果表明，在80?℃的PEMFC運行環境中，當電位高于1.0?V?(vs.?RHE)時，Magnéli氧化鈦載體的陽極腐蝕電流明顯低于商業鉑碳催化劑，這意味著在實際的PEMFC運行環境中，?Magnéli相氧化鈦載體比碳載體具有更好的抗氧化腐蝕能力。

在光催化降解有機物和光電催化電解水方面，二氧化鈦作為一種非常理想的材料已被廣泛研究，但二氧化鈦屬于寬禁帶半導體，即使禁帶寬度最小的銳鈦礦結構，其禁帶寬度也達到3.0?eV，僅對波長小于400?nm的紫外光有較強的吸收，對占波長大于400?nm光波幾乎不吸收，無法有效利用自然光。Magnéli相氧化鈦由于氧空位層的存在，使其能帶結構發生變化，導致其禁帶寬度大大減小，使其在整個紫外-可見光范圍內都有很強的吸收。Han?Weiqiang等[Appl.?Phys.?Lett.,2008,?92,?203117]通過氫氣氛圍高溫還原H₂Ti₃O₇納米線獲得準一維Magnéli相氧化鈦納米線，并對其紫外可見光吸收譜進行測試，實驗結果表明Magnéli相氧化鈦在這個200?nm-900?nm?范圍內都有很強的吸收，吸收峰值約在550?nm左右，在可見光的吸收和利用方面有很大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術制備具有納米結構的Magnéli相氧化鈦存在的困難，提供Magnéli相氧化鈦納米線陣列及其制備方法。

本發明所述制備方法為一步直接在鈦金屬表面制備Magnéli相氧化鈦納米線陣列的方法，即?Magnéli相氧化鈦納米線陣列的制備方法，包括以下步驟：

（1）將金屬鈦表面先后用丙酮和去離子水超聲清洗，再浸入刻蝕液中浸漬刻蝕，然后用去離子水超聲清洗，干燥，得到表面潔凈的金屬鈦；