CN103427076B - 一种固相化学反应制备TiO2-B纳米材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种TiO2‑B纳米材料的制备方法，该方法通过使用廉价的原料，采用简单的操作方法，经固相化学反应可以合成出TiO2‑B纳米颗粒。本发明用硫酸氧钛和草酸或铵盐作为反应物，在室温下通过研磨合成前驱体，进而热分解制得TiO2‑B纳米材料。本发明以固相化学反应为基础，采用廉价易得的原料，通过简单的研磨，再经过适当的热处理，可制得TiO2‑B纳米材料。制备方法简单，产品产率高，环境友好，易于实现大批量生产等特点都使本发明具有极为广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过固相化学反应制备TiO2-B纳米材料的方法。
背景技术
二氧化钛(TiO2)由于原料丰富、无毒无害、循环稳定性好和安全性好，作为锂离子电极负极材料表现出了许多优势，在锂离子嵌入/脱出过程中，体积膨胀小，嵌入/脱出深度小、行程短，放电平台电位高，是用于锂离子电池的一种理想基质材料。
TiO2在常态下有三种晶型：金红石、锐钛矿和板钛矿。TiO2-B相为二氧化钛的亚稳态相，也称为二氧化钛的“第四态”，或单斜二氧化钛晶体。TiO2-B相最初是由Marchand等于1980年制备出来的。由于TiO2-B结构中含一个相对大的通道结构，可以更为有效地进行锂离子的嵌入与脱出，因此近年来它也被作为锂离子电极材料进行重点研究。
TiO2-B属单斜晶系，密度为3.64 g·cm-3，在各个坐标轴方向上均有更开放的Li+迁移通道，有利于Li+的脱嵌，这种结构的首次嵌锂容量可达到328 mAh·g-1，具有较高的嵌锂容量。TiO2-B也同样有着较高的嵌锂容量和循环性能。相比于其它的晶型，TiO2-B总体上有着较高的库伦效率和可逆容量。一些文献都有相关的报道：Chemical
Communications.(2005).2454-2456报道了水热法合成TiO2-B纳米线作为锂离子电池负极材料；Chemistry of
Materials.17(2005).1248-1255也报道了TiO2-B作为高性能锂离子电池负极材料等等。
目前，TiO2-B的合成方法主要有采用水热法合成纳米线和纳米管，以及采用模板法制备介孔TiO2-B，这些方法合成过程复杂，成本高，材料热稳定性差。因此，选择一种简单易行的制备方法，制备出高性能的TiO2-B锂离子电池负极材料具有十分重要的意义。固相化学合成法不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单等优点，已经成为合成纳米材料的一种重要方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TiO2-B纳米材料的制备方法，该方法通过使用廉价的原料，采用简单的操作方法，经固相化学反应可以合成出TiO2-B纳米材料。
本发明用硫酸氧钛和草酸或铵盐作为反应物，在室温下通过研磨合成前驱体，进而热分解制得TiO2-B纳米材料。具体步骤为：将硫酸氧钛与草酸或铵盐以摩尔比为 1:1.2~5混合，置于玛瑙研钵中研磨20~60 分钟，进行室温固相化学反应并得到固相前驱体产物；再将该前驱体在空气气氛中以3~6℃/min的升温速度升至600℃并在此温度保温2小时，经此热处理后即得到最终的TiO2-B纳米材料。
本发明所述的铵盐为草酸铵，碳酸铵，醋酸铵的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：以固相化学反应为基础，采用廉价易得的原料，通过简单的研磨，再经过适当的热处理，可制得TiO2-B纳米材料。制备方法简单，产品产率高，环境友好，易于实现大批量生产等特点都使本发明具有极为广阔的应用前景。
附图说明
图 1为所制备TiO2-B的粉末衍射图。
图 2为所制备TiO2-B的投射电镜图。
图 3为所制备TiO2-B的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，基于本发明的原理对本发明所做出的各种改动或修改同样落入本发明权利要求书所限定的范围。
实施例一：
准确称量0.01 mol 硫酸氧钛和0.015 mol 草酸于不同研钵中，分别研细并混合均匀，混合后快速研磨，随着研磨的进行，混合物变为白色细状的粉末，继续研磨30 min确保反应的充分进行。将前驱体置于马弗炉中，以3℃/min 的升温速率升至600℃，在此温度煅烧2h，即可得到TiO2-B纳米材料。
实施例二：
准确称量0.01 mol 硫酸氧钛和0.02 mol 草酸铵于不同研钵中，分别研细并混合均匀，混合后快速研磨，随着研磨的进行，混合物变为白色细状的粉末，继续研磨30 min确保反应的充分进行。将前驱体置于马弗炉中，以3℃/min 的升温速率升至600℃，在此温度煅烧2h，即可得到TiO2-B纳米材料。
实施例三：
准确称量0.01 mol 硫酸氧钛和0.03 mol碳酸铵于不同研钵中，分别研细并混合均匀，混合后快速研磨，随着研磨的进行，混合物变为白色细状的粉末，继续研磨30 min确保反应的充分进行。将前驱体置于马弗炉中，以5℃/min 的升温速率升至600℃，在此温度煅烧2h，即可得到TiO2-B纳米材料。
Claims (2)
1.一种固相化学反应制备TiO2-B纳米材料的方法，其包括以下步骤：将硫酸氧钛与草酸或铵盐以摩尔比为 1:1.2~5混合，置于玛瑙研钵中研磨20~60 分钟，进行室温固相化学反应并得到固相前驱体产物；再将该前驱体在空气气氛中以3~6℃/min的升温速度升至600℃并在此温度保温2小时，经此热处理后即得到最终的TiO2-B纳米材料。
2.按照权利要求 1 所述的一种固相化学反应制备TiO2-B纳米材料的方法，其特征在于：所使用的铵盐为草酸铵、碳酸铵、醋酸铵的一种或多种。
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