本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)、催化、傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、與主流的鋰離子電池相比，可充電鎂離子電池(mibs)具有鎂儲量豐富、價格低廉、理論體積能量密度高、電極電位低、安全性更高等優(yōu)點被認(rèn)為是最有前途的大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)之一，成為后鋰離子電池時代的候選電池。盡管鎂離子電池存在諸多潛在優(yōu)點，但由于二價鎂離子的強(qiáng)極化效應(yīng)，阻礙了鎂離子在正極材料中的快速嵌入/脫出，甚至可能抑制鎂離子在正極材料中可逆的插入，導(dǎo)致充放電過程中極化強(qiáng)，電化學(xué)行為較差。這一缺點使鎂離子電池仍面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2、到目前為止，對鎂可充電電池的研究僅限于少數(shù)電極材料的選擇，如氧化釩、雪佛雷爾相、硫化鉬、氧化錳和過渡金屬硅酸鹽。然而，鎂離子擴(kuò)散過程的動力學(xué)遲緩特性限制了這些材料的鎂離子嵌入能力。二氧化鈦是一種天然豐富、無毒的材料，易于制備，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在光催化和鋰離子電池等各個領(lǐng)域得到了廣泛的研究。具有四方晶體結(jié)構(gòu)的銳鈦礦型二氧化鈦可能是研究最多的金屬氧化物。鑒于銳鈦礦型二氧化鈦在鋰離子電池和鈉離子電池領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也被認(rèn)為是一種很有前途的鎂離子電池電極材料。然而，鎂/銳鈦礦二氧化鈦原型體系在鎂離子電池中放電容量仍然不足以用于各種應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片及制備方法和應(yīng)用，其制備流程簡單、高效，得到的銳鈦礦型二氧化鈦納米片純度高、比表面積大、表面能高，能夠作為鎂離子電池以及鎂鋰混合電池正極材料進(jìn)行應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，所述方法包括：將鈦源加入到氫氟酸溶液中混合攪拌，得到反應(yīng)前驅(qū)體；將反應(yīng)前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)冷卻、分離、洗滌、干燥，得到{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片。

4、進(jìn)一步，每0.3~1.6ml濃度為~47%的氫氟酸溶液中加入3~6ml的鈦源；所述鈦源包括鈦酸四丁酯、四氯化鈦或鈦酸異丙酯。

5、進(jìn)一步，所述水熱反應(yīng)的溫度為100~200℃，水熱反應(yīng)時間為16~24小時。

6、進(jìn)一步，得到的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的厚度范圍為6~8nm。

7、進(jìn)一步，分離方式為離心或抽濾；洗滌溶劑為去離子水、無水乙醇和丙酮中的至少一種，通過所述洗滌溶劑對產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，直至產(chǎn)物ph呈中性；烘干為鼓風(fēng)干燥、自然晾干、冷凍干燥和真空烘干中的至少一種。

8、第二方面，本發(fā)明提供了一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片，采用如上述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法制得。

9、第三方面，本發(fā)明提供了一種如上述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法制得的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片在鎂基電池正極材料中的應(yīng)用。

10、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以氫氟酸作為二氧化鈦納米片的結(jié)構(gòu)控制劑，通過水熱合成方法制得{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片，得到的銳鈦礦型二氧化鈦納米片純度高、比表面積大、表面能高，能夠作為鎂離子電池以及鎂鋰混合電池正極材料進(jìn)行應(yīng)用。制備方法簡單、重復(fù)性好、易于操作、有望應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于，所述方法包括：將鈦源加入到氫氟酸溶液中混合攪拌，得到反應(yīng)前驅(qū)體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于：每0.3~1.6ml濃度為~47%的氫氟酸溶液中加入3~6ml的鈦源；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)的溫度為100~220℃，水熱反應(yīng)時間為16~24小時。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于：得到的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的厚度范圍為6~8nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于：分離方式為離心或抽濾；

6.一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片，其特征在于，采用如權(quán)利要求1~5任一項所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法制得。

7.一種如權(quán)利要求1~5任一項所述的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片的制備方法制得的{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片在鎂基電池正極材料、催化或傳感器中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)、催化、傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片及制備方法和應(yīng)用。所述方法包括：將鈦源加入到氫氟酸溶液中混合攪拌，得到反應(yīng)前驅(qū)體；將反應(yīng)前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)冷卻、分離、洗滌、干燥，得到{001}晶面暴露的銳鈦礦型二氧化鈦納米片。其制備流程簡單、高效，得到的銳鈦礦型二氧化鈦納米片純度高、比表面積大、表面能高，能夠作為鎂離子電池以及鎂鋰混合電池正極材料進(jìn)行應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：黃光勝,李榮,夏六燕,黃凱封,吳俊涵,岳繼禮,周小元,王敬豐,潘復(fù)生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6