CN105155039A - Ti4O7纳米纤维制备方法 - Google Patents

Ti4O7纳米纤维制备方法 Download PDF

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张晓燕
林元华
王力君
刘婉颖
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Abstract

本发明公开了一种Ti4O7纳米纤维的制备方法，各原料的质量百分数如下：纳米二氧化钛粉末96％～97％，纳米炭黑粉末3％～4％；工艺步骤如下：(1)将按一定质量百分比称取的原料用球磨机在常温、常压下进行湿磨，干燥后得混合粉料；(2)将步骤(1)制备的粉料加入适量10mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌得质量浓度15～25g/L的混合液；(3)将步骤(2)所得混合液倒入有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150-200℃的条件下，反应48～96小时得沉淀物；(4)将步骤(3)制得沉淀物用去离子水清洗2～5次，后用0.1mol/L的盐酸溶液清洗2～5次，再用去离子水清洗2～5次后得到纳米纤维沉淀物；(5)将步骤(4)制得的纳米纤维沉淀物在真空或氮气或氩气气氛下于1000～1200℃烧结2～4小时，后随炉冷却至100℃以下出炉。

Description

Ti4O7纳米纤维制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及Ti4O7纳米纤维材料及其制备方法。
背景技术
Ti4O7因其特殊的晶体结构具有优异的导电性和热力学稳定性，这使其在锂电池、燃料电池等领域具有较好的应用前景，成为功能材料研究的热点之一。用于电池领域的Ti4O7材料需具有大的比表面积和较好的分散性，所以Ti4O7纳米颗粒、纳米薄膜、纳米纤维材料等具有一定优势。目前有文献报道采用氢气还原制备亚氧化钛纳米纤维(MagnéliphasesTinO2n-1nanowires:Formation,optical,andtransportproperties,APPLIEDPHYSICSLETTERS,2008,92,203117)，但由于氢还原法需要大量氢源，成本高，且氢处理操作复杂，具有很大的不安全性，因而难以工业化生产，这在一定程度上限制了其在电池领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Ti4O7纳米纤维制备方法，该方法操作简单，易于工业化生产。
本发明所述亚氧化钛纳米纤维制备方法，以纳米二氧化钛粉末、纳米炭黑粉末为原料，原料的重量百分数如下：
纳米二氧化钛粉末96％～97％
纳米炭黑粉末3％～4％
工艺步骤如下：
(1)将按照质量百分比称取的纳米二氧化钛和纳米炭黑粉末放入球磨机中，加入研磨球体和研磨介质在常温、常压下进行湿磨分散进行湿磨分散，使原料混合均匀，然后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所述混合浆料进行干燥得烧结用混合粉料；
(2)将步骤(1)制备的粉料与10mol/L的氢氧化钠溶液混合，在搅拌速率为100r/min～200r/min的条件下，搅拌0.5h～1h后，制得固体粉末质量浓度15g/L～25g/L的混合液；
(3)将步骤(2)制得的混合液倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将反应釜置于温度为150℃～200℃的条件下，反应48h～96h后得到沉淀物；
(4)将步骤(3)制备的沉淀物，用去离子水清洗2～5遍后，再采用0.1mol/L的盐酸溶液清洗2～5遍。最后采用去离子水清洗2～5遍后得到纳米纤维沉淀物；
(5)将步骤(4)制得的纳米纤维沉淀物在真空或氩气气氛下于1000℃～1200℃烧结2h～4h，继后随炉冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维。
上述方法中，研磨介质为无水乙醇或工业酒精，其加入量以淹没粉末和研磨球体为限；
上述方法中，研磨球体选用硬质合金球，球料比为9～4:1；
上述方法中，混合浆料的干燥温度为30℃～100℃，干燥时间为2h～8h。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述方法采用纳米二氧化钛粉末、纳米炭黑粉末为原料，利用炭黑的还原性制得Ti4O7纳米纤维，分散性好，具有较大的比表面；
2.本发明所述所述方法制备工艺简单易行，成本较低，易于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的Ti4O7纳米纤维的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的Ti4O7纳米纤维的X射线衍射图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述Ti4O7纳米纤维及其制备方法做进一步说明。
实施例1
本实施例中，原料的重量百分数如下：
纳米二氧化钛粉末97％
纳米炭黑粉末3％
工艺步骤如下：
(1)将按上述重量百分比称取的纳米二氧化钛和纳米炭黑粉末共2.5g放入球磨机中，加入硬质合金磨球，球料比为9:1，加入无水乙醇，无水乙醇加入量以淹没粉末和硬质合金球体为限。在常温、常压下以400r/min转速球磨1h，使原料混合均匀，然后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所述混合浆料在100℃下烘2h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)制备的粉料与100mL浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，在搅拌速率为100r/min的条件下，搅拌1h后，制得固体粉末质量浓度25g/L的混合液。
(3)将步骤(2)制得的混合液倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将反应釜置于温度为200℃的条件下，反应48h后得到沉淀物；
(4)将步骤(3)制备的沉淀物，用去离子水清洗5遍后，再采用0.1mol/L的盐酸溶液清洗2遍。最后采用去离子水清洗2遍后得到纳米纤维沉淀物；
(5)将步骤(4)制得的纳米纤维沉淀物在氩气气氛下于1200℃烧结2h，继后随炉冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维，纤维直径为200nm～600nm，长度为1000nm～4000nm。
实施例2
本实施例中，原料的重量百分数如下：
纳米二氧化钛粉末96％
纳米炭黑粉末4％
工艺步骤如下：
(1)将按上述重量百分比称取的纳米二氧化钛和纳米炭黑粉末共3g放入球磨机中，加入硬质合金研磨球，球料比为4:1，加入工业酒精，工业酒精加入量入量以淹没粉末和硬质合金球体为限。在常温、常压下以100r/min转速球磨4h，使原料混合均匀，然后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所述混合浆料在30℃下烘8h得到混合粉料；
(2)将步骤(1)制备的粉料与200mL浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，在搅拌速率为200r/min的条件下，搅拌0.5h后，制得固体粉末质量浓度15g/L的混合液；
(3)将步骤(1)制得的混合液倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将反应釜置于温度为150℃的条件下，反应96h后得到沉淀物；
(4)将步骤(3)制备的沉淀物，用去离子水清洗2遍后，再采用0.1mol/L的盐酸溶液清洗5遍。最后采用去离子水清洗5遍后得到纳米纤维沉淀物；
(5)将步骤(4)制得的纳米纤维沉淀物在真空下于1000℃烧结4h，继后随炉冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维，纤维直径为100nm～400nm，长度为3000nm～8000nm。

Claims (5)

1.Ti4O7纳米纤维，其特征在于：该Ti4O7纳米纤维材料的直径100nm～600nm，长度为1000nm～8000nm。
2.一种Ti4O7纳米纤维的制备方法，其特征在于以纳米二氧化钛粉末、纳米炭黑粉末为原料，原料的重量百分数如下：
纳米二氧化钛粉末96％～97％
纳米炭黑粉末3％～4％
工艺步骤依次如下：
(1)将按照质量百分比称取的纳米二氧化钛和纳米炭黑粉末放入球磨机中进行湿磨分散，使原料混合均匀，然后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所述混合浆料进行干燥得混合粉料；
(2)将步骤(1)制备的粉料与10mol/L的氢氧化钠溶液混合，在搅拌速率为100r/min～200r/min的条件下，搅拌0.5h～1h后，制得固体粉末质量浓度15g/L～25g/L的混合液；
(3)将步骤(2)制得的混合液倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将反应釜置于温度为150℃～200℃的条件下，反应48h～96h后得到沉淀物；
(4)将步骤(3)制备的沉淀物，用去离子水清洗2～5遍后，再采用0.1mol/L的盐酸溶液清洗2～5遍，最后采用去离子水清洗2～5遍后得到纳米纤维沉淀物；
(5)将步骤(4)制得的纳米纤维沉淀物在真空或氩气气氛下于1000℃～1200℃烧结2h～4h，继后随炉冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维。
3.根据权利要求2所述Ti4O7纳米纤维的制备方法，其特征在于研磨介质为无水乙醇或工业酒精，研磨介质的加入量以淹没纳米二氧化钛粉末、纳米炭黑粉末和研磨球为限。
4.根据权利要求2所述Ti4O7纳米纤维的制备方法，其特征在于研磨球为硬质合金球，球料比为9～4:1。
5.根据权利要求2所述Ti4O7纳米纤维的制备方法，其特征在于所述混合浆料的干燥温度为30℃～100℃，干燥时间为2h～8h。
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