[發明專利]一種粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦的制備方法

在審

• 申請號: 201811001862.0
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109264774A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李建明;金旭;劉合;劉曉丹;王曉琦;孫亮
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C01G23/047;C01G23/053;H01M4/485;H01G9/20;H01L51/42;B01J23/04;B01J21/06;B82Y40/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

本發明提供了一種粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦的制備方法。鈦酸鹽的制備方法包括：制備含有鈦的過氧絡合物溶液；向所述含有鈦的過氧絡合物溶液中加入堿性金屬化合物形成混合溶液；向所述混合溶液中添加聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、聚乙二醇中的一種形成前驅物分散液；將所述前驅物分散液經熱液反應獲得具有分級結構的鈦酸鹽。在具有分級結構的鈦酸鹽的基礎上，本發明還提供了具有分級結構的鈦酸和二氧化鈦的制備方法。本發明提供的粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽、鈦酸、二氧化鈦的制備方法，不僅可實現分級結構中組成單元的形貌、粒徑的調控，還可實現分級結構粒徑大小的調控，是其它方法所無法實現的。

技術領域

本發明涉及一種粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦的制備方法，屬于能源環保材料技術領域。

背景技術

鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦已經被廣泛應用在鋰離子電池、鉀離子電池、鈉離子電池、催化、光催化、太陽能電池、光解水、傳感和生物等領域，是材料領域研究的熱點。

鈦酸鹽、鈦酸和二氧化鈦材料的各項應用性能與它們的形貌結構密切相關。一維結構主要包括納米線、納米棒、納米管以及納米帶，其中，納米管具有內外兩個表面，使其具有較高的比表面積，在一維材料結構研究和應用中具有較好的優勢，備受關注。相比于單晶納米顆粒而言，一維線狀納米材料可以減少顆粒間的晶界，有利于載流子在長軸方向上的輸運，具有以下一些特點：(1)該納米尺度下，材料的比表面積和活性位點會急劇增加，可大大加速其表面反應及其和媒介的相互作用；(2)在光催化領域，有利于光生電子-空穴對在長軸方向上自由遷移，減少電子空穴的復合幾率，提高光催化效率；(3)在電池電極材料領域，長軸有利于電子的有效遷移，短軸有利于鋰、鈉或鉀離子的快速嵌入與嵌出過程，相比于納米顆粒而言，一維納米結構具有較好的充放電性能；(4)在太陽能電池領域，一維納米結構可以大大減少顆粒間的晶界，有利于電子在光陽極上的傳輸，大大提高電池的電子收集轉化效率等。

近年來，分級結構由于具有較高的有序度，可實現多種功能，其設計開發倍受人類的關注。分級結構可以增加材料的比表面積，可以增加納米顆粒接觸的有序性，提升電子的有效遷移等。然而，目前報道的鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦分級結構無法實現分級結構中納米線或納米管粒徑的有效調控，也無法實現分級結構材料的粒徑調控。因此，尋找和實現鈦酸鹽、鈦酸以及二氧化鈦分級結構中組成物結構形貌以及分級結構球形顆粒粒徑的有效調控，可通過合理的實驗調控，設計出可用于構筑多功能納米器件的需求材料是本領域亟待解決的問題之一。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽、鈦酸、二氧化鈦的制備方法，通過在反應體系中加入和調節聚合物的量來實現鈦酸鹽、鈦酸、二氧化鈦分級結構產物粒徑大小及其組成物形貌結構的可控合成，尋找出材料性能最優時的形貌結構。

為達到上述目的，本發明首先提供了一種粒徑可控的具有分級結構的鈦酸鹽的制備方法，其包括以下步驟：

S1、制備含有鈦的過氧絡合物溶液；

S2、向所述含有鈦的過氧絡合物溶液中加入堿性金屬化合物形成混合溶液；

S3、向所述混合溶液中添加聚合物形成前驅物分散液；所述聚合物包括聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、聚乙二醇中的一種；

S4、將所述前驅物分散液經熱液反應獲得具有分級結構的鈦酸鹽。

在上述具有分級結構的鈦酸鹽的制備方法中，優選地，所制備的鈦酸鹽主要包括但不限于鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀等中的一種或者幾種的組合。

在上述具有分級結構的鈦酸鹽的制備方法中，優選地，分級結構主要包括但不限于納米片狀顆粒組成的球形分級結構、納米管狀顆粒組成的球形分級結構、納米線狀顆粒組成的球形分級結構等中的一種或者幾種的組合。