-b納米線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦納米線材料，尤其涉及一種介孔T12-B納米線，以及制備該介孔T12-B納米線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]T12-B是一種亞穩(wěn)晶型，是一種比金紅石和銳鈦礦的密度小、結(jié)構(gòu)松散的介穩(wěn)態(tài)氧化鈦同質(zhì)變體，其最卓越的結(jié)構(gòu)特點在于晶體結(jié)構(gòu)中存在沿著[010]方向的特征平行通道，在用在鋰電池上的時候，有利于鋰離子在通道內(nèi)的結(jié)合與擴散。相比于銳鈦礦和金紅石等晶型，有更高的可逆比容量。T12-B納米線具有一維的結(jié)構(gòu)，具有有利于Li+傳輸?shù)耐ǖ?，使得Li+在T12-B中的嵌入和脫出相對容易，能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的快速充放電能力。并且它具有介孔的孔徑，能夠存儲Li+離子。在作為鋰離子電極材料使用時，可以克服體積效應(yīng)，顯著提高電化學(xué)性能。
[0003]T12-B相最初由Marchand等在1980年發(fā)現(xiàn)的；隨后，Kobayashi等人首次報道了T12-B納米粒子的合成，納米粒子的直徑為3-6nm。Liu等人制備了具有多級結(jié)構(gòu)的T12-B，所制備的材料是由非常薄的T12-B納米片構(gòu)成。片狀或者多級結(jié)構(gòu)的T12-B,它們的表面積較小，在鋰電池的應(yīng)用上，會受到一定程度的限制。不同結(jié)構(gòu)的T12-B材料仍然在不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，T12-B納米線由于具有平行通道結(jié)構(gòu)，受到人們的廣泛關(guān)注。Armostrong等人采用P25作為原料合成了直徑為20-40nm的T12-B納米線，但是在這種材料上面，并沒有介孔結(jié)構(gòu)存在。
[0004]隨著材料研究的不斷發(fā)展，T12-B材料的微觀結(jié)構(gòu)在不斷進(jìn)行優(yōu)化，不論是納米線，片狀或者多級結(jié)構(gòu)的T12-B,它們的表面積較小，在鋰電池的應(yīng)用上，會受到一定程度的限制。T12-B納米線材料具有在于晶體結(jié)構(gòu)中存在沿著[010]方向的特征平行通道，因此成為一個研究熱點，但是目前研究所制備的T12-B納米線的表面均不含有介孔結(jié)構(gòu)，雖然有利于鋰離子的傳輸，但是不利于高容量的產(chǎn)生。表面的介孔結(jié)構(gòu)，有利于鋰離子的富集，形成良好的儲鋰單元池，從而導(dǎo)致高容量的產(chǎn)生。因此，開發(fā)出具有介孔結(jié)構(gòu)的T12-B納米線材料迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對T12-B納米線材料表面沒有介孔的不足，開發(fā)出新型的具有介孔結(jié)構(gòu)的T12-B納米線材料，克服了現(xiàn)有的T12-B納米線無法形成儲鋰單元池的技術(shù)缺點，顯著提尚電化學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明提供一種介孔T12-B納米線，其管徑為20-30納米，管長為0.5-2微米，表面具有均勻的介孔分布，所述T12-B納米線表面分布的介孔孔徑大致為2-5納米。
[0007]本發(fā)明還提供了制備上述介孔T12-B納米線的方法，包括如下步驟:將鈦源與乙二醇和濃堿液混合，在180-250°C (攝氏度)條件下反應(yīng)時長為20-30h (小時)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫；離心分離沉淀物，洗滌至中性，干燥后將粉末在100-400°C條件下燒結(jié)時長為2-4h，自然冷卻得到所述介孔T12-B納米線。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述鈦源選自鈦酸正四丁酯或者四氯化鈦，最好是鈦酸正四丁酷；
[0009]所述濃堿液優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液，濃度最好不小于10mol/L，更優(yōu)選1moI/L的氫氧化鈉水溶液，濃度最高不超過飽和溶液濃度；
[0010]將所述鈦源、乙二醇和濃堿液混合后，優(yōu)選在帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)24h。
[0011]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，在離心分離沉淀物后，先用去離子水洗滌至中性，再用稀HNO3水溶液浸泡10-15h，最后用乙醇和去離子水多次洗滌至中性。其中乙醇和去離子水的體積比優(yōu)選為1:1。洗滌至中性后優(yōu)選在60°C下干燥8h，干燥后的粉末優(yōu)選在400°C下燒結(jié)2h。
[0012]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述鈦源和乙二醇的體積比在1:1到1:2之間，其中，更優(yōu)選為1:1.2 ;所述鈦源和濃堿液的體積比在1:10到1:15之間，其中，更優(yōu)選1:12。
[0013]本發(fā)明采用簡單的水熱處理和離子交換處理，制備出新型的具有介孔結(jié)構(gòu)的T12-B納米線材料。相比于目前T12-B納米線的制備方法，該方法制備出的材料具有較高的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，并且成本低廉、環(huán)境友好，重復(fù)性好。在該T12-B納米線的表面，具有均勻的介孔分布，能夠作為鋰離子電池的負(fù)極電極材料，應(yīng)用于鋰離子領(lǐng)域，提高容量，改善倍率性能。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例2(以下“【具體實施方式】”中的實施例2)得到的介孔T12-B納米線的XRD譜圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實施例2得到的介孔T12-B納米線的SEM圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實施例2得到的介孔??02-Β納米線的TEM圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0018]實施例1:
[0019]將4ml TiCl4,4ml乙二醇和40ml 1moI/L的濃NaOH溶液混合，攪拌lOmin。將混合液轉(zhuǎn)移到10ml帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)24h，自然冷卻至室溫。離心分離，所得的沉淀物反復(fù)用去離子水洗滌至中性。在60°C下干燥8h，將干燥的粉末放在馬弗爐中400°C燒結(jié)2h，自然冷卻得到介孔T12-B納米線材料。
[0020]實施例2:
[0021 ] 將4ml鈦酸正四丁酯，4ml乙二醇和40ml 1mo I/L的濃NaOH溶液混合，攪拌1min0將混合液轉(zhuǎn)移到10ml帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)24h，自然冷卻至室溫。離心分離，所得的沉淀物反復(fù)用去離子水洗滌至中性。在60°C下干燥8h，將干燥的粉末放在馬弗爐中400°C燒結(jié)2h，自然冷卻得到介孔T12-B納米線材料。
[0022]實施例3:
[0023]將4ml鈦酸正四丁酯，4ml乙二醇和40ml 1mo I/L的濃NaOH溶液混合，攪拌1min0將混合液轉(zhuǎn)移到10ml帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，200°C下反應(yīng)24h，自然冷卻至室溫。離心分離，所得的沉淀物反復(fù)用去離子水洗滌至中性，然后使用稀HNO3S液浸泡12h，用乙醇和去離子水多次洗滌至中性。在60°C下干燥8h，將干燥的粉末放在馬弗爐中400°C燒結(jié)2h，自然冷卻得到介孔T12-B納米線材料。
[0024]實施例4:
[0025]將4ml鈦酸正四丁酯，4ml乙二醇和40ml 10mol/L的濃NaOH溶液混合，攪拌1min0將混合液轉(zhuǎn)移到10ml帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，200°C下反應(yīng)24h，自然冷卻至室溫。離心分離，所得的沉淀物反復(fù)用去離子水洗滌至中性。在60°C下干燥8h，將干燥的粉末放在馬弗爐中200°C燒結(jié)2h，自然冷卻得到介孔Ti02-B納米線材料。
[0026]將實施例2得到的介孔T12-B納米線材料分別進(jìn)行XRD、SEM、TEM檢測，結(jié)果分別如圖1-3。其中XRD采用日本Rigaku D/Max 2550X射線衍射儀、SEM采用日本HitachiS-4800場發(fā)射掃描電鏡、TEM采用日本JEM-200CX透射電鏡進(jìn)行檢測。
[0027]如圖1的XRD譜圖所示，所得產(chǎn)物符合T12-B的衍射峰(JCPDS N0.74-1940)。如圖2的SEM圖所示，本發(fā)明制備得到的介孔T12-B納米線，其管徑為20-30納米，管長為0.5-2微米。如圖3的TEM圖所示，該納米線上面布滿了介孔，其孔徑為2-5納米。
【主權(quán)項】
1.一種介孔T1 2-B納米線，其特征在于，其管徑為20-30納米，管長為0.5-2微米，表面具有均勻的介孔分布，所述介孔T12-B納米線表面分布的所述介孔孔徑為2-5納米。2.一種介孔T12-B納米線的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:將鈦源與乙二醇和濃堿液混合，在180-250°C條件下反應(yīng)時長為20-30h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫；離心分離沉淀物，洗滌至中性，干燥后將粉末在100-400°C條件下燒結(jié)時長為2-4h，自然冷卻得到所述介孔T12-B納米線。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鈦源選自鈦酸正四丁酯或者四氯化鈦。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述濃堿液選自氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述濃堿液的濃度不小于lOmol/L。6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在離心分離沉淀物后，先用去離子水洗滌至中性，再用稀硝酸水溶液浸泡10_15h，最后用乙醇和去離子水洗滌至中性。7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鈦源和乙二醇的體積比在1:1到I '2之間；所述鈦源和濃堿液的體積比在1:10到1:15之間。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述鈦源和乙二醇的體積比在1:1到1:1.2之間；所述鈦源和濃堿液的體積比在1:10到1:12之間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種介孔TiO2-B納米線，其管徑為20-30納米，管長為0.5-2微米，表面具有均勻的介孔分布，介孔孔徑為2-5納米。本發(fā)明還提供上述材料的制備方法，包括如下步驟：將鈦源與乙二醇和濃堿液混合，180-250℃下反應(yīng)20-30h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫；離心分離沉淀物，洗滌至中性，干燥后將粉末在100-400℃下燒結(jié)2-4h，自然冷卻得到所述介孔TiO2-B納米線。本發(fā)明采用簡單的水熱處理和離子交換處理，制備出新型的介孔TiO2-B納米線材料，在該TiO2-B納米線的表面，具有均勻的介孔分布，能夠作為鋰離子電池的負(fù)極電極材料，應(yīng)用于鋰離子領(lǐng)域，提高容量，改善倍率性能。
【IPC分類】B82Y40/00, C01G23/053
【公開號】CN105217679
【申請?zhí)枴緾N201510742086
【發(fā)明人】林曉晨, 肖驍琦, 王敬鋒
【申請人】上海電機學(xué)院
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年11月4日