[發明專利]一種利用水熱法制備二氧化鈦納米管/鎳鈷化合物/C復合材料的方法

在審

• 申請號: 201710789548.2
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107546037A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 姚忠平;孟艷秋;夏琦興;李東琦;張凌儒;戴鵬程;姜兆華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00;C01G23/047
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 李紅媛

技術領域

本發明涉及一種制備二氧化鈦納米管復合材料的方法。

背景技術

現代社會最有發展前景的電能儲存裝置應當為超級電容器和電池，眾所周知，與電池相比來說，超級電容器具有快速充放電并且使用壽命很長的優點。TiO₂是常見的寬禁帶半導體，其物理化學穩定、無毒、廉價和良好的光響應，一維納米結構TiO₂由于具有大的比表面積，有利于電化學過程的電荷轉移以及電能儲存，且克服了納米TiO₂粉體容易團聚的弱點，因而表現出優異的電化學性能。陽極氧化TiO₂納米管陣列能夠在提供大的表面積的同時保持高定向的孔洞結構，這樣一些高度規則的空洞結構能夠顯著的改善離子的遷移和電荷的傳遞。由于二氧化鈦納米管的電阻比較大，所以電容水平有待進一步提高。碳是最常見的雙電層電容器電極材料，也是一常見的摻雜元素，因此對氧化鈦納米管陣列進行碳摻雜可有效提高二氧化鈦的導電能力，從而提高納米管陣列電極的電容，但是，現有技術制備的TiO₂NT/C復合材料的面積比電容低，約為38mF/cm²。

發明內容

本發明的目的是要解決現有方法制備的氧化鈦納米管復合材料電容器電容小及導電性差的問題，而提供一種利用水熱法制備二氧化鈦納米管/鎳鈷化合物/C復合材料的方法。

一種利用水熱法制備二氧化鈦納米管/鎳鈷化合物/C復合材料的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、依次使用600#SiC砂紙、1500#SiC砂紙、2000#SiC砂紙和5000#SiC砂紙對鈦片進行打磨處理，去除鈦片表面的氧化層，得到去除氧化層的鈦片；

二、將去除氧化層的鈦片浸入到混合酸溶液中清洗2次，每次清洗時間為1.5s～3s，得到表面光亮的鈦片；首先使用蒸餾水對表面光亮的鈦片清洗3次～5次，然后使用無水乙醇對表面光亮的鈦片清洗3次～5次，最后使用丙酮對表面光亮的鈦片清洗3次～5次，得到處理后的鈦片；

步驟二中所述的混合酸溶液由質量分數為65％～68％的硝酸和質量分數為40％的氫氟酸按體積比1:1混合而成；

三、將電解液加入到無機玻璃電解槽中，再將處理后的鈦片和銅片置于電解液中，將處理后的鈦片與電源的正極相連接，銅片與電源的負極相連接；采用直流電源進行供電，在電壓為20V～30V下反應100min～150min，取出反應后的鈦片；

步驟三中所述的電解液由NaF、質量分數為80％～90％的磷酸和去離子水混合而成，電解液中NaF的濃度為0.1mol/L～0.2mol/L，質量分數為80％～90％的磷酸的濃度為110g/L～120g/L；

四、將反應后的鈦片在溫度為60℃～80℃下干燥10min～20min，得到氧化鈦納米管；

五、將氧化鈦納米管在空氣氣氛和溫度為400℃～500℃下燒結0.5h～2h，得到二氧化鈦納米管；

六、將硝酸鎳和氯化鈷加入到去離子水中，攪拌至硝酸鎳和氯化鈷完全溶解，得到混合溶液；將混合溶液加入到反應釜中，再將二氧化鈦納米管浸入到混合溶液中，再在溫度為100℃～140℃下反應10h～12h，得到TiO₂NT/鎳鈷化合物；

步驟六中所述的硝酸鎳的物質的量與去離子水的體積比為(0.6mmol～1mmol):50mL；

步驟六中所述的氯化鈷的物質的量與去離子水的體積比為(2mmol～4mmol):50mL；

七、將TiO₂NT/鎳鈷化合物放入到排出空氣后的實驗室滴滲電爐中，再將實驗室滴滲電爐封好，將實驗室滴滲電爐升溫至450℃～650℃，再在實驗室滴滲電爐的溫度為450℃～650℃下以60滴/min～80滴/min的滴速向實驗室滴滲電爐內滴入甲醇，滴加時間為3h～5h，再將實驗室滴滲電爐自然冷卻至室溫，得到反應產物；依次使用蒸餾水和無水乙醇對反應產物各清洗3次～5次，再烘干，TiO₂NT/鎳鈷化合物/C復合材料，即完成一種利用水熱法制備二氧化鈦納米管/鎳鈷化合物/C復合材料的方法。

本發明的原理及優點：

一、鎳的氧化物和鈷的氧化物均為過渡金屬氧化物，具有很高的贗電容，如氧化鎳理論比電容值高達3750F/g，是很好的超級電容器的電極材料，因此，本發明加入鎳鈷的氧化物可以顯著提高二氧化鈦納米管的電容；多孔的鎳鈷氧化物層相比于致密鎳鈷氧化物層擁有著更高的比表面積，具有孔洞結構的鎳鈷氧化物層更加有利于電荷的傳遞，為超級電容器帶來更高的電容值；