[發明專利]一種納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO2微米空心球及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610176431.2
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105776327B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 王洪恩;蔡祎;黃紹專;蔡恒輝;張潤霖
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮,徐曉琴

技術領域

本發明屬于TiO₂納米材料領域，具體涉及一種納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球及其制備方法和應用。

背景技術

現代生活中，能源短缺與環境污染已成為社會關注的重要問題。其中，鋰離子電池由于能量密度高，可充無污染，已被廣泛應用于各種便攜式電子設備，如手機、照相機和大型儲能設備，如(混合)電動汽車等。

二氧化鈦具有無毒，價格低廉，穩定性好等優點，在廢水處理，太陽能轉化，鋰離子電池等諸多領域有著廣泛應用的前景。二氧化鈦有三種晶型：銳鈦礦型，板鈦礦型和金紅石型。其中銳鈦礦型和金紅石型的研究比較廣泛。板鈦礦型二氧化鈦由于難以制備，對其結構和性能的研究較少，板鈦礦中的鈦氧八面體相對于理想的八面體也稍有變形，具有不穩定性，在工業上一直沒有體現出其相應的應用價值。近年來的研究發現板鈦礦型二氧化鈦存在沿著c軸的通道，在(100)晶面上有著裸露的氧原子，使其具有更優良的光電性能。當與銳鈦礦型二氧化鈦形成混合晶相時，晶界處的界面效應對性能也具有相當大的影響。

目前，制備混晶的方法多是采用P25作為前驅體，制備出的二氧化鈦多為銳鈦礦型和金紅石型兩種的混合晶型，形貌大多以納米顆粒為主。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球及其制備方法和應用。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球的制備方法，包括如下步驟：

(1)前驅體制備：將鈦酸異丁酯、水和油胺加入到無水乙醇中，快速均勻攪拌，得到白色懸濁液，靜置后抽濾、洗滌烘干后得到白色沉淀；

(2)將乙二胺加入去離子水中，混合攪拌均勻，得混合液I；

(3)將步驟(1)所得白色沉淀加入無水乙醇中，均勻攪拌，得混合液II；

(4)將混合液I加入到混合液II中，充分攪拌2～4h后置于聚四氟乙烯內襯中進行水熱反應，然后自然冷卻至室溫，反應產物用去離子水洗滌至中性，既得到板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球材料。

上述方案中，步驟(1)中所述鈦酸異丁酯：水：油胺的體積比為22:4:9～10。

上述方案中，步驟(1)所述攪拌的時間為1～2h，靜置的時間為12～24h。

上述方案中，步驟(2)中所述乙二胺與水的體積比為0.5～1.5:4。

上述方案中，步驟(3)所述白色沉淀的質量為0.2～0.5g，所述無水乙醇的體積與步驟(2)中所述水的體積比為0.5～1:2。

上述方案中，步驟(4)所述水熱反應的條件為：加熱至140～160℃，恒溫反應24～48h。

上述制備方法制備得到的納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球。

上述納米棒組裝的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球在制備鋰離子電池負極中的應用。

本發明所制備得到的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂為納米棒組裝而成的空心微米球，尺寸大約500nm，納米棒的長度約為140～350nm，寬度約為50～100nm。這種結構的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂既能夠保證電極材料和電解液的充分接觸、提供更多的活性位點，也能夠提供廣大的空間來容納材料體積的膨脹，因此可以大幅度提高材料的儲鋰容量和倍率性能。

本發明的有益效果：(1)本發明所述制備方法的反應溫度較低，通過簡單的水熱法即可合成比例可調的板鈦礦和銳鈦礦混合相納米二氧化鈦；操作簡便，可大量合成，工藝簡單，具有大規模生產的前景；(2)將本發明制備的板鈦礦和銳鈦礦混合相TiO₂微米空心球材料應用于制備鋰離子電池，可以有效提高鋰離子電池的電化學性能，滿足實際生產中對高儲能器件的需求。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得產物的XRD圖。

圖2為本發明實施例1所得產物的SEM圖。

圖3為本發明實施例2所得產物的XRD圖。

圖4為本發明實施例2所得產物的SEM圖。

圖5為本發明實施例3所得產物的XRD圖。

圖6為本發明實施例3所得產物的SEM圖。

具體實施方式