CN106915767A - 一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法，首先将Ti3C2粉体溶于浓度为1～8mol/L的碱性溶液中，低温搅拌反应6～12h，得到反应混合溶液；然后，将反应混合溶液洗涤后再分离固体，干燥得到多孔网状Magneli相亚氧化钛材料。本发明通过将Ti3C2与不同浓度的碱溶液进行混合低温搅拌，从而得到一种多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。大量的Ti8O15纳米线相互交结形成多孔网络结构，该结构材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、渗透性好等优点。本发明具有制备工艺简单，可控，得到的Ti8O15形貌新颖等特点。

Description

一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法
【技术领域】
本发明属于纳米功能材料制备技术领域，特别涉及一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法。
【背景技术】
Magneli相亚氧化钛是一种特殊的导电化合物,发现于1956年。其相型已被表征出来。文献指出Magneli相亚氧化钛一方面具TiO2的一些优良特性，比如优异的抗氧化性、良好的抗电化学腐蚀性、生物相容性好、已于表面改性等特点。人们认为其具有多种潜在用途，尤其适用于电化学领域，如电解、电池、燃料电池、阴极保护、合成、环境治理。
一般地制备Magneli相亚氧化钛通过在惰性气氛下加热TiO2与金属Ti制得。该方法要求高温大于1273K和严格的还原气氛，生产过程中必须精确控制反应条件以利于生成预期的产物。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法，能够在低温下制备Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：首先将Ti3C2粉体溶于浓度为1～8mol/L的碱性溶液中，在25～30℃搅拌反应6～12h，得到反应混合溶液；然后，将反应混合溶液洗涤后再分离固体，干燥得到多孔网状Magneli相亚氧化钛材料。
进一步地，Ti3C2粉体和碱性溶液的质量体积比为(50～200)mg：(10～50)mL。
进一步地，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
进一步地，反应混合溶液用去离子水和无水乙醇离心洗涤。
进一步地，分离出的固体在20～60℃真空干燥12～48h。
一种利用如上所述低温制备法制得的多孔网状Magneli相亚氧化钛材料，其分子式为Ti8O15。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过将Ti3C2与一定浓度的碱溶液进行混合，通过控制反应条件使得Ti3C2缓慢不完全氧化从而得到一种多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。本发明能够有效降低反应温度，无需高温和严格的还原气氛，且生成的产物中大量的Ti8O15纳米线相互交结形成多孔网络结构，具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、渗透性好等优点。本发明具有制备工艺简单，可控，得到的Ti8O15形貌新颖等特点。
【附图说明】
图1为不同放大倍率下多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料的SEM图，其中(a)为3μm，(b)为1μm。
图2为多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料的XRD图。
【具体实施方式】
下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明首先将Ti3AlC2在HF酸中进行化学刻蚀，使Al被选择性刻蚀掉，获得了一种二维层状Ti3C2纳米材料，利用该Ti3C2纳米材料制备多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。该方法包括以下步骤：
(1)三元Ti3AlC2陶瓷粉体的制备：按照专利ZL201310497696.9的方法制备三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体；利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti3AlC2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的Ti3AlC2陶瓷粉体；
(2)二维层状Ti3C2纳米材料的制备：按照专利201410812056.7的方法合成二维层状Ti3C2纳米材料；其次，将步骤(1)中所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5gTi3AlC2粉体浸没在100mL质量浓度40wt％HF酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状Ti3C2纳米材料；
(3)取Ti3C2粉体50～200mg溶于10～50mL浓度为1～8mol/L的氢氧化钾或氢氧化钠溶液中在25～30℃搅拌6～12h，然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，20～60℃真空干燥12～48h。即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例1
取Ti3C2粉体50mg溶于20mL浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，40℃真空干燥30h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例2
取Ti3C2粉体200mg溶于20mL浓度为3mol/L的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，60℃真空干燥12h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例3
取Ti3C2粉体150mg溶于50mL浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌8h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，60℃真空干燥48h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例4
取Ti3C2粉体200mg溶于30mL浓度为6mol/L的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌12h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体60℃真空干燥36h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料
实施例5
取Ti3C2粉体200mg溶于50mL浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌8h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，50℃真空干燥48h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例6
取Ti3C2粉体100mg溶于40mL浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，40℃真空干燥12h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例7
取Ti3C2粉体120mg溶于10mL浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌10h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，20℃真空干燥24h，即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。
实施例8
将反应温度分别设置为20、25、30和35℃，其他条件与实施例1相同。发现20℃时材料反应不完全有二维层状碳化钛存在，25～30℃时氧化生成即得到多孔网状Magneli相亚氧化钛Ti8O15材料。35℃时有二氧化钛杂相生成。
如图1所示，Magneli相亚氧化钛材料具有清晰的多空网络状结构。
由图2可以看出，Ti3C2反应生成了Magneli相亚氧化钛Ti8O15。图中所有Magneli相亚氧化钛Ti8O15的衍射峰都与典型的Ti8O15相(JCPDS卡片No.18.1404)相匹配。

Claims (6)

1.一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料的低温制备法，其特征在于，包括以下步骤：首先将Ti3C2粉体溶于浓度为1～8mol/L的碱性溶液中，在25～30℃搅拌反应6～12h，得到反应混合溶液；然后，将反应混合溶液洗涤后再分离固体，干燥得到多孔网状Magneli相亚氧化钛材料。
2.根据权利要求1所述的一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料的低温制备法，其特征在于，Ti3C2粉体和碱性溶液的质量体积比为(50～200)mg：(10～50)mL。
3.根据权利要求1所述的一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料的低温制备法，其特征在于，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
4.根据权利要求1所述的一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料的低温制备法，其特征在于，反应混合溶液用去离子水和无水乙醇离心洗涤。
5.根据权利要求1所述的一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料的低温制备法，其特征在于，分离出的固体在20～60℃真空干燥12～48h。
6.一种利用权利要求1所述低温制备法制得的多孔网状Magneli相亚氧化钛材料，其特征在于，其分子式为Ti8O15。
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