[發明專利]一種基于有序H-TiO2

在審

• 申請號: 202110893698.4
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113611869A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 劉家琴;李玉磊;吳玉程;余彥
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/38;H01M10/054;H01M10/42;C25D11/26;C25D3/42;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥輝達知識產權代理事務所(普通合伙) 34165
• 代理人: 汪守勇

1.一種基于有序H-TiO₂納米管陣列的鈉金屬負極材料，其特征在于，Ti片基體表面有一層有序排列的H-TiO₂納米管陣列，鈉金屬均勻沉積于有序H-TiO₂納米管陣列中。

2.如權利要求1所述的基于有序H-TiO₂納米管陣列的鈉金屬負極材料，其特征在于：所述H-TiO₂納米管的內徑為130～150nm，管長為3～5μm，管壁厚度為15～20nm，有序陣列中的納米管之間平均間隙為15～30nm。

3.一種制備如權利要求1或2所述基于有序H-TiO₂納米管陣列的鈉金屬負極材料的方法，其特征在于：首先采用電化學陽極氧化法在Ti片基體上生長有序TiO₂納米管陣列，并對其進行晶化退火，然后對晶化的有序TiO₂納米管陣列進行電化學氫化改性，得到有序H-TiO₂納米管陣列，最后采用恒流電沉積法將金屬鈉沉積到有序H-TiO₂納米管陣列中，制得基于有序H-TiO₂納米管陣列的鈉金屬負極材料。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，選用的Ti片純度為99.7％。

5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所采用的電化學陽極氧化法在Ti片基體表面生長有序TiO₂納米管陣列的步驟為：先將一定尺寸的Ti片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗并干燥待用；配制NH₄F濃度為0.20～0.25mol·L^-1、去離子水體積比為12～15％的NH₄F-去離子水-乙二醇溶液作為電解液；以Ti片作為陽極，石墨片作為陰極，在冰水浴條件下，60V恒壓氧化反應3～4h；將制備的樣品先后使用乙二醇和去離子水洗凈、烘干，獲得有序TiO₂納米管陣列。

6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，對Ti片表面生長的有序TiO₂納米管陣列進行晶化退火的步驟為：將制備的有序TiO₂納米管陣列/Ti片在450～600℃溫度下保溫2～3h，升溫速率為2～5℃·min^-1。

7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，有序TiO₂納米管陣列的電化學氫化改性步驟為：將晶化的有序TiO₂納米管陣列作為陰極，石墨片作為陽極，0.1～0.2mol·L^-1Na₂SO₄溶液作為電解液，電壓為6～10V，恒壓氫化時間為40～60min，然后用去離子水洗凈、烘干，獲得有序H-TiO₂納米管陣列。

8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，采用恒流電沉積法將金屬鈉沉積到有序H-TiO₂納米管陣列中的步驟為：以高氯酸鈉NaClO₄為溶質，以體積比為1∶1的碳酸乙烯酯EC和碳酸二甲酯DMC為溶劑，配制濃度為1mol·L^-1的溶液并添加5wt％的氟代碳酸乙烯酯FEC作為電解液；以有序H-TiO₂納米管陣列為工作電極，以金屬鈉箔為對電極，以GF/D玻璃微纖維膜為隔膜，在氬氣保護的手套箱中組裝電池；然后，在0.5～3mA·cm^-2電流密度下，沉積1～6mAh·cm^-2面積容量的鈉金屬到有序H-TiO₂納米管陣列中，制備獲得一種基于有序H-TiO₂納米管陣列的鈉金屬負極材料。