[發明專利]一種二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610274142.6
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105833858B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 高鴻毅;王戈;范爽;董誠;賈丹丹;賈夢依;陳曉;余思齊;周佩云
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J21/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于無機功能材料制備技術領域，特別涉及一種二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料的方法。

背景技術

二氧化鈦作為一種典型氧化物材料，其光催化活性高，充放電電壓高，無毒，穩定性和安全性好，在光催化、鋰離子電池、超級電容器等領域有著重要的應用前景。由于材料的結構和形貌對其性能有很大影響，在微納米尺度上構筑特殊形貌和結構，如科學家們已通過構筑多種特殊形貌的二氧化鈦，如海膽狀、空心球等大比表面積多級結構，提升了二氧化鈦的光催化劑電化學性能。

除了通過在微納米尺度構筑特殊形貌和結構來提升材料性能外，通過與功能材料復合進一步提升二氧化鈦的性能成為今年來的研究熱點。通過與碳材料復合可以有效提升二氧化鈦的光催化和電化學性能。碳-二氧化鈦復合材料不僅能夠有效抑制電子-空穴復合，拓展光響應區間，又能賦予二氧化鈦優異的吸附能力，大大提升二氧化鈦的分散性。此外，由于碳材料具有高強度、熱膨脹系數小、低電阻率、低密度等優越性能，碳-二氧化鈦復合材料具有優異的導電性、鋰離子傳輸性能及良好的循環壽命。通過制備碳包覆二氧化鈦復合材料還可以有效改善二氧化鈦粒子的分散性，進一步提升其性能。

綜上所述，開發一種條件溫和、工藝簡單的以方法合成碳包覆二氧化鈦復合材料具有重要的科學意義和實用價值，而現有的專利中也并沒有通過一步法制備二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料的報道。

發明內容

本發明的目的在于提出一種條件溫和、工藝簡單易行、實驗流程短的二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料的方法。通過一種兩相界面的溶劑熱方法，下層為酸催化劑水相溶液，上層為含有含碳有機物小分子和鈦源的油相溶液，在油相和水相界面間自組裝合成二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料，該過程簡單、易控、高效，并且在密閉體系中可以有效地防止有毒物質的揮發。

本發明的技術方案是：首先將0.1～0.6g P123加入到5～60mL含碳有機物小分子中，在30～80℃攪拌1～3h后，加入0.1～10mmol鈦源，繼續在30～80℃攪拌1～3h，得到澄清的混合溶液(記為溶液A)。然后將上述混合溶液緩慢加入到含有1～20mL酸溶液(記為溶液B)中的反應釜，兩種溶液在反應釜中出現分層現象，上層溶液為密度較大的溶液A，下層溶液為密度較小的溶液B。將反應釜密封，緩慢放入到120～200℃的烘箱中反應12～48h。當反應釜冷卻到室溫后，在溶液A和溶液B的兩相界面間得到了產物。經過過濾，水洗，干燥制得二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料。

所述的含碳有機物小分子為正己烷、環己烷、甲苯、苯、二甲苯中的一種或兩種以上。

所述的鈦源為鈦酸四丁脂、異丙醇鈦、四氯化鈦、三氯化鈦中的一種或兩種以上。

所述的酸溶液為鹽酸或硫酸溶液中的一種。

本發明的優點在于：1)在較低溫度下(<200℃)通過兩相界面法，在油相和水相界面間一步自組裝合成二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料；2)用本發明提供的方法制備的合成二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料，海膽狀二氧化鈦的粒徑均一，且碳膜包覆層為超薄碳膜。3)用本發明提供的方法條件溫和、反應工藝簡單、流程短，適合工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明實施案例1得到的超薄二維碳納米材料的掃描電鏡照片。

圖2為本發明實施案例1得到的超薄二維碳納米材料的XRD圖。

具體實施方式

下面結合具體的實施方式對本發明的技術方案做進一步說明。

實施案例1

首先將0.2g P123加入到10mL環己烷中，在60℃攪拌2h后，加入0.6mmol鈦酸四丁脂，繼續在60℃攪拌2h，得到澄清的混合溶液(記為溶液A)。然后將上述混合溶液緩慢加入到含有5mL酸溶液(記為溶液B)中的反應釜，兩種溶液在反應釜中出現分層現象，上層溶液為密度較大的溶液A，下層溶液為密度較小的溶液B。將反應釜密封，緩慢放入到160℃的烘箱中反應20h。當反應釜冷卻到室溫后，在溶液A和溶液B的兩相界面間得到了產物。經過過濾，水洗，干燥制得二維碳膜包覆海膽狀二氧化鈦復合材料。產物的掃描電鏡照片和XRD圖如圖1-2所示。

實施案例3