本發(fā)明屬于電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

二氧化鈦化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無(wú)毒且價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化、催化等領(lǐng)域。同時(shí)，由于它具有獨(dú)特的開(kāi)放式的晶體結(jié)構(gòu)，可以為鈉離子的嵌入/脫出提供通道，是一類(lèi)具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值的電極材料。但是，二氧化鈦屬于半導(dǎo)體，電子電導(dǎo)率較低，因此其高的理論比容量難以得到充分發(fā)揮，從而限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。為解決此問(wèn)題，常用的方法包括復(fù)合導(dǎo)電性較高的石墨烯材料和介孔碳材料。然而，上述的制備方法及工藝較為復(fù)雜并且成本高。同時(shí)，介晶材料作為一類(lèi)新的納米結(jié)構(gòu)材料被廣泛研究。它是由超細(xì)納米晶以結(jié)晶學(xué)有序的方式自組裝而成的納米粒子超結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，通常顯示出類(lèi)單晶的電子衍射行為。這類(lèi)材料由于其獨(dú)特的組裝方式，往往具有較大的比表面積、豐富的孔結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，將其應(yīng)用在電極材料中，可以為電解液的擴(kuò)散和離子的傳輸提供便利，因而制備介晶結(jié)構(gòu)的電極材料具有重要的研究意義。目前還未有利用表面活性劑碳化包覆二氧化鈦介晶的相關(guān)專(zhuān)利報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料及其應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

（1）將0.1-2克硫酸鈦分散于1-10摩爾/升的硫酸溶液中，然后逐滴加入含有1-10毫升油酸丁酯和1-10毫升油胺的反應(yīng)釜中，攪拌30分鐘后在100-200度的烘箱中，反應(yīng)5-20小時(shí)；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經(jīng)去離子水洗滌數(shù)遍后離心分離出來(lái)，然后在空氣中70度干燥12小時(shí)，進(jìn)一步在氬氣氛下經(jīng)過(guò)300-500度煅燒2-10小時(shí)，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復(fù)合材料，其尺寸為200-230納米。

所述的碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料在鈉離子電池中的應(yīng)用，該鈉離子電池的制備方法為：按質(zhì)量比tio2@c納米復(fù)合材料：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均勻地涂在銅箔上做負(fù)極，參比電極和對(duì)電極均為金屬鋰，電解質(zhì)為1.0mnaclo4的pc+ec+5%fec(pc/ec=1/1v/v)溶液，所有組裝均在手套箱里進(jìn)行。

本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于：本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的一步水熱法和后期的碳化過(guò)程，將表面活性劑碳化原位合成碳包覆二氧化鈦介晶，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本廉價(jià)，能耗低，重現(xiàn)性好，性能優(yōu)異。所制備的碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料具有由納米晶自組裝而成的具有多孔結(jié)構(gòu)作為鈉離子電池負(fù)極材料具有很高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為168ma/g時(shí)充放電循環(huán)500圈容量穩(wěn)定在200mah/g以上。

這種由納米晶單元自組裝而成的超級(jí)結(jié)構(gòu)具有高度有序的排列方式和較為合適的比表面積，可避免副反應(yīng)引起的不可逆容量的損失。同時(shí)，在二氧化鈦介晶表面原位復(fù)合碳材料后可加快電子和離子的傳輸，有利于提高嵌鈉能力。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的tio2@c的xrd譜圖。

圖2為實(shí)施例1制備的tio2@c的掃描電鏡圖。

圖3為實(shí)施例1制備的tio2@c的透射電鏡圖（左）及選區(qū)電子衍射圖（右）。

圖4為實(shí)施例1制備的tio2@c的電化學(xué)性能圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實(shí)施例1

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

（1）將1克硫酸鈦分散于5摩爾/升的硫酸溶液中，然后逐滴加入含有5毫升油酸丁酯和5毫升油胺的反應(yīng)釜中，攪拌30分鐘后在150度的烘箱中，反應(yīng)10小時(shí)；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經(jīng)去離子水洗滌數(shù)遍后離心分離出來(lái)，然后在空氣中70度干燥12小時(shí)，進(jìn)一步在氬氣氛下經(jīng)過(guò)400度煅燒5小時(shí)，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復(fù)合材料，其尺寸為200-230納米。

由圖1可知，本發(fā)明制得的材料確為碳包覆二氧化鈦介晶（tio2@c）納米材料,其衍射峰均可歸屬為四方相銳鈦礦二氧化鈦(jcpds卡號(hào)：21-1272)。由圖2可知，碳包覆二氧化鈦介晶大小均勻，其尺寸為200-230納米。由圖3可知，二氧化鈦介晶具有多孔結(jié)構(gòu)，由納米晶自組裝而成，具有高度有序的排列方式，其表面被碳材料均勻包覆。

實(shí)施例2

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

（1）將0.1克硫酸鈦分散于1摩爾/升的硫酸溶液中，然后逐滴加入含有1毫升油酸丁酯和1毫升油胺的反應(yīng)釜中，攪拌30分鐘后在100度的烘箱中，反應(yīng)5小時(shí)；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經(jīng)去離子水洗滌數(shù)遍后離心分離出來(lái)，然后在空氣中70度干燥12小時(shí)，進(jìn)一步在氬氣氛下經(jīng)過(guò)300度煅燒2小時(shí)，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復(fù)合材料，其尺寸為200-230納米。

實(shí)施例3

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

（1）將2克硫酸鈦分散于10摩爾/升的硫酸溶液中，然后逐滴加入含有10毫升油酸丁酯和10毫升油胺的反應(yīng)釜中，攪拌30分鐘后在200度的烘箱中，反應(yīng)20小時(shí)；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經(jīng)去離子水洗滌數(shù)遍后離心分離出來(lái)，然后在空氣中70度干燥12小時(shí)，進(jìn)一步在氬氣氛下經(jīng)過(guò)500度煅燒10小時(shí)，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復(fù)合材料，其尺寸為200-230納米。

實(shí)施例4：應(yīng)用

將實(shí)施例1制得的tio2@c用于鈉離子電池的制備，并進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。

鈉離子電池組裝：按質(zhì)量比tio2@c納米復(fù)合材料：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70：20：10混合研磨后均勻地涂在銅箔上做負(fù)極，參比電極和對(duì)電極均為金屬鋰，電解質(zhì)為1.0mnaclo4的pc+ec+5%fec(pc/ec=1/1v/v)溶液，所有組裝均在手套箱里進(jìn)行。

所制備的碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料具有很高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，由圖4可知，在電流密度為168ma/g時(shí)充放電循環(huán)500圈容量穩(wěn)定在200mah/g以上。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料及其應(yīng)用，制備方法包括：（1）將0.1?2克硫酸鈦分散于1?10摩爾/升的硫酸溶液中，然后逐滴加入含有1?10毫升油酸丁酯和1?10毫升油胺的反應(yīng)釜中，攪拌30分鐘后在100?200度的烘箱中，反應(yīng)5?20小時(shí)；（2）反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經(jīng)去離子水洗滌數(shù)遍后離心分離出來(lái)，然后在空氣中70度干燥12小時(shí)，進(jìn)一步在氬氣氛下煅燒2?10小時(shí)，得到碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料。該碳包覆二氧化鈦介晶納米復(fù)合材料作為鈉離子電池負(fù)極材料具有很高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏明燈;張偉峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.09
技術(shù)公布日：2017.09.15