一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料及其應用的制作方法

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料及其應用。

背景技術：

二氧化鈦化學結構穩定、無毒且價格低廉，被廣泛應用于太陽能轉化、催化等領域。同時，由于它具有獨特的開放式的晶體結構，可以為鈉離子的嵌入/脫出提供通道，是一類具有重要潛在應用價值的電極材料。但是，二氧化鈦屬于半導體，電子電導率較低，因此其高的理論比容量難以得到充分發揮，從而限制了其大規模的應用。為解決此問題，常用的方法包括復合導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雜并且成本高。同時，介晶材料作為一類新的納米結構材料被廣泛研究。它是由超細納米晶以結晶學有序的方式自組裝而成的納米粒子超結構，具有獨特的物理和化學性質，通常顯示出類單晶的電子衍射行為。這類材料由于其獨特的組裝方式，往往具有較大的比表面積、豐富的孔結構等特點，將其應用在電極材料中，可以為電解液的擴散和離子的傳輸提供便利，因而制備介晶結構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專利報道。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料及其應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料，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毫升油胺的反應釜中，攪拌30分鐘后在100-200度的烘箱中，反應5-20小時；

（2）反應結束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經去離子水洗滌數遍后離心分離出來，然后在空氣中70度干燥12小時，進一步在氬氣氛下經過300-500度煅燒2-10小時，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復合材料，其尺寸為200-230納米。

所述的碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料在鈉離子電池中的應用，該鈉離子電池的制備方法為：按質量比tio2@c納米復合材料：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極，參比電極和對電極均為金屬鋰，電解質為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行。

本發明的顯著特點在于：本發明采用簡單的一步水熱法和后期的碳化過程，將表面活性劑碳化原位合成碳包覆二氧化鈦介晶，該方法工藝簡單，成本廉價，能耗低，重現性好，性能優異。所制備的碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料具有由納米晶自組裝而成的具有多孔結構作為鈉離子電池負極材料具有很高的比容量和循環穩定性，在電流密度為168ma/g時充放電循環500圈容量穩定在200mah/g以上。

這種由納米晶單元自組裝而成的超級結構具有高度有序的排列方式和較為合適的比表面積，可避免副反應引起的不可逆容量的損失。同時，在二氧化鈦介晶表面原位復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。

附圖說明

圖1為實施例1制備的tio2@c的xrd譜圖。

圖2為實施例1制備的tio2@c的掃描電鏡圖。

圖3為實施例1制備的tio2@c的透射電鏡圖（左）及選區電子衍射圖（右）。

圖4為實施例1制備的tio2@c的電化學性能圖。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。

實施例1

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料，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毫升油胺的反應釜中，攪拌30分鐘后在150度的烘箱中，反應10小時；

（2）反應結束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經去離子水洗滌數遍后離心分離出來，然后在空氣中70度干燥12小時，進一步在氬氣氛下經過400度煅燒5小時，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復合材料，其尺寸為200-230納米。

由圖1可知，本發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：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構，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。

實施例2

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料，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毫升油胺的反應釜中，攪拌30分鐘后在100度的烘箱中，反應5小時；

（2）反應結束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經去離子水洗滌數遍后離心分離出來，然后在空氣中70度干燥12小時，進一步在氬氣氛下經過300度煅燒2小時，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復合材料，其尺寸為200-230納米。

實施例3

一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料，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毫升油胺的反應釜中，攪拌30分鐘后在200度的烘箱中，反應20小時；

（2）反應結束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經去離子水洗滌數遍后離心分離出來，然后在空氣中70度干燥12小時，進一步在氬氣氛下經過500度煅燒10小時，得到碳包覆銳鈦礦相二氧化鈦介晶（tio2@c）納米復合材料，其尺寸為200-230納米。

實施例4：應用

將實施例1制得的tio2@c用于鈉離子電池的制備，并進行電化學性能測試。

鈉離子電池組裝：按質量比tio2@c納米復合材料：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極，參比電極和對電極均為金屬鋰，電解質為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行。

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

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。

技術特征：

技術總結
本發明提供一種碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料及其應用，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毫升油胺的反應釜中，攪拌30分鐘后在100?200度的烘箱中，反應5?20小時；（2）反應結束后，自然冷卻得到白色沉淀物，白色沉淀物經去離子水洗滌數遍后離心分離出來，然后在空氣中70度干燥12小時，進一步在氬氣氛下煅燒2?10小時，得到碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料。該碳包覆二氧化鈦介晶納米復合材料作為鈉離子電池負極材料具有很高的比容量和循環穩定性。

技術研發人員：魏明燈;張偉峰
受保護的技術使用者：福州大學
技術研發日：2017.06.09
技術公布日：2017.09.15