CN109279649A - 一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法及其应用和产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法及其应用和产品。纳米管分级结构钛酸锂的制备方法包括如下步骤：S1、将钛源分散于含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中，搅拌得到混合溶液；S2、将步骤S1得到的混合溶液加热反应得到纳米线状结构前驱物；S3、将步骤S2得到的纳米线状结构前驱物进行分离干燥处理；S4、将分离干燥处理后的纳米线状结构前驱物进行低温退火处理；S5、将步骤S4经过低温退火处理的纳米线状结构前驱物进行热液反应得到纳米管分级结构钛酸锂。本发明方法制备工艺简单，工艺参数易控制，易于大规模工业化生产。

Description

一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法及其应用和产品
技术领域
本发明涉及能源、环保材料的制备领域，具体的说，本发明涉及一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法及其应用和产品。
背景技术
钛酸锂、钛酸以及二氧化钛已经被广泛应用在锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、催化、光催化、太阳能电池、光解水、传感和生物等领域，是材料领域研究的热点。
钛酸锂、钛酸和二氧化钛材料的各项应用性能与它们的形貌结构密切相关。相比于单晶纳米颗粒而言，一维线状纳米材料可以减少颗粒间的晶界，有利于载流子在长轴方向上的输运，具有以下一些特点：(1)该纳米尺度下，材料比表面积和活性位点会急剧增加，可大大加速其表面反应及其和媒介的相互作用；(2)在光催化领域，有利于光生电子-空穴对在长轴方向上自由迁移，减少电子空穴的复合几率，提高光催化效率；(3)在电池电极材料领域，长轴有利于电子的有效迁移，短轴有利于锂、钠或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，相比于纳米颗粒而言，一维纳米结构具有较好的充放电性能；(4)在太阳能电池领域，一维纳米结构可以大大减少颗粒间的晶界，有利于电子在光阳极上的传输，大大提高电池的电子收集转化效率等。
一维结构主要包括纳米线、纳米棒、纳米管以及纳米带，其中，纳米管具有内外两个表面，使其具有较高的比表面积，在一维材料结构研究和应用中具有较好的优势，备受关注。
分级结构由于具有较高的有序度，可实现多种功能，其设计开发也正逐渐受到关注。分级结构可以增加材料的比表面积，可以增加纳米颗粒接触的有序性，提升电子的有效迁移等。然而，目前报道的钛酸锂、钛酸以及二氧化钛分级结构都为颗粒状，无法实现具有一维结构的分级结构材料，也就无法进一步提升分级结构材料对电子的有效分离和输运。
因此，制备具有分级结构的一维纳米材料，尤其是一维的纳米管状分级结构，可在大大提高材料比表面积的同时，很好的减少颗粒间的晶界，解决电子-空穴易于复合的难题以及提升电子在长轴方向的有效输运。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法；
本发明的另一目的在于提供所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸锂；
本发明的再一目的在于提供所述的纳米管分级结构钛酸锂制备得到的离子电池电极；
本发明的再一目的在于提供一种纳米管分级结构钛酸的制备方法；
本发明的再一目的在于提供本发明所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸；
本发明的再一目的在于提供所述的纳米管分级结构钛酸的应用；
本发明的再一目的在于提供一种纳米管分级结构二氧化钛的制备方法；
本发明的再一目的在于提供本发明所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构二氧化钛。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
S1、将钛源分散于含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中，搅拌得到混合溶液；
S2、将步骤S1得到的混合溶液加热反应得到纳米线状结构前驱物；
S3、将步骤S2得到的纳米线状结构前驱物进行分离干燥处理；
S4、将分离干燥处理后的纳米线状结构前驱物进行低温退火处理；
S5、将步骤S4经过低温退火处理的纳米线状结构前驱物进行热液反应得到纳米管分级结构钛酸锂。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛源选自乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛、偏钛酸、和正钛酸中的一种或者多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛源选自水合钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水合钛酸由含钛化合物经过水解反应获得。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含钛化合物选自乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、和氟钛酸铵中的一种或者多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水解反应为将所述含钛化合物分散在纯水中直接水解生成水合钛酸；或者，
所述水解反应为将所述含钛化合物分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水解反应为在常温下进行水解反应。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述碱性物质选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺、和二乙醇胺中的一种或多种的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含有碱性物质的水溶液中碱性物质的浓度为0.001-1M。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水合钛酸由含钛化合物经过水解反应和提纯处理获得；所述提纯处理包括将含钛化合物经过水解反应后得到的产物进行提纯，得到纯度大于等于97％的水合钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述提纯处理的方式选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或者多方式的组合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S1中所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L-1.0mol/L，所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中过氧化氢的体积分数为千分之五至百分之十。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中过氧化氢的体积分数为1.5％-7％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中过氧化氢的体积分数为2％-5％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S2中所述加热反应是将混合溶液加热至60℃-100℃进行反应。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S2中所述加热反应是将混合溶液加热至70℃-95℃进行反应。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S2中所述加热反应的反应时间为0.5h-24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S2中所述加热反应的反应时间为3h-10h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S2中所述加热反应的反应时间为4h-8h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S3中所述干燥的温度为20℃-80℃。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S4中所述低温退火处理的温度为120℃-200℃，时间为0.5h-12h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S4中所述低温退火处理的时间为1h-12h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S4中所述低温退火处理是在空气气氛、惰性气体气氛或还原性气体气氛中进行低温退火处理。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S5中所述热液反应的温度为80℃-150℃，时间为1h-24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S5中所述热液反应是将步骤S4经过低温退火处理的纳米线状结构前驱物分散在水或氢氧化锂的水溶液中。
根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S5中所述氢氧化锂水溶液的浓度为0.05mol/L-0.3mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括对步骤S5得到的纳米管分级结构钛酸锂进行表面修饰的步骤，所述表面修饰的步骤包括对纳米管分级结构钛酸锂负载选自如下材料中的一种或多种的组合：碳、碳纳米管、石墨烯、和黑磷。
另一方面，本发明还提供了本发明所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸锂。
再一方面，本发明还提供了所述的纳米管分级结构钛酸锂制备得到的离子电池电极。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池。
再一方面，本发明还提供了一种纳米管分级结构钛酸的制备方法，其中，所述方法包括将本发明所述的纳米管分级结构钛酸锂进行酸交换得到纳米管分级结构钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将本发明所述的纳米管分级结构钛酸锂进行酸交换，然后洗涤分离并干燥，得到纳米管分级结构钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述酸交换包括将纳米管分级结构钛酸锂放入酸溶液中进行氢离子交换得到所述纳米管分级结构钛酸。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述酸溶液选自硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、和醋酸溶液中的一种或者多种的组合，所述酸溶液中酸的浓度为0.001mol/L-0.1mol/L。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述酸溶液中酸的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。
再一方面，本发明还提供了本发明所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸。
再一方面，本发明还提供了本发明所述的纳米管分级结构钛酸在制备离子电池或污染物吸附中的应用。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池。
再一方面，本发明还提供了一种纳米管分级结构二氧化钛的制备方法，其中，所述方法包括将本发明所述的纳米管分级结构钛酸经过水热反应和/或高温退火得到所述纳米管分级结构二氧化钛。
根据本发明一些具体实施方案，其中，水热反应的反应体系选自中性水体系、酸性水体系或碱性水体系。
其中，所述酸性水体系可以是本领域常规的酸的水溶液，譬如可以是选自硫酸、盐酸、硝酸和醋酸的水溶液。
所述碱性水体系可以是本领域常规的碱的水溶液，譬如可以是氢氧化钠、氢氧化钾的水溶液或者氨水。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水热反应的温度为100℃-200℃，水热反应的时间为1h-24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水热反应的温度为120℃-180℃。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水热反应的时间为6h-24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，高温退火的温度为350℃-800℃，时间为1h-24h。
根据本发明一些具体实施方案，其中，高温退火的温度为400℃-600℃。
根据本发明一些具体实施方案，其中，高温退火的时间为2h-6h；优选3-4h。
再一方面，本发明还提供了本发明所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构二氧化钛。
综上所述，本发明提供了一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法及其应用和产品。本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明方法提供的分级结构可增加纳米管的比表面积，增加反应的活性位点。
(2)本发明方法提供的分级结构是一种有序的结构组装，可减小分级结构中颗粒间的晶界，利于电子等载流子在颗粒间的有效迁移，提升材料的应用效果。
(3)本发明方法提供的一维纳米管状结构有利于电子等载流子在长轴方向上的输运，提升材料的应用效果。
(4)本发明方法制备工艺简单，工艺参数易控制，易于大规模工业化生产。
(5)本发明方法原料易得，生产成本较低。
将本发明制备的纳米管分级结构钛酸锂在应用上具有如下优点：
(1)本发明的分级结构长轴有利于电子的有效迁移，分级结构有利于锂离子、钠离子或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，大的比表面积有利于电解液与电极的接触面积，减少电流密度，具有较好的电池快速充放电性能。
(2)本发明的分级结构有利于电子-空穴分离，增加催化反应活性位点，具有较高的光催化活性，有利于光解水制氢或光催化降解有机污染物。
(3)本发明的分级结构的较大比表面积能够吸附较多的染料，同时一维结构有利于电子的传输，在太阳能电池方面有优势。
(4)本发明的分级结构有利于气体传感，如应用于氢气、氧气、甲醛、丙烷、乙烷、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水汽等气体的传感。
(5)本发明的分级结构具有较大的比表面积，能吸附更多的有机物或重金属离子，起到环境治理的效果，同时单根分级结构纳米管还具有较大的质量和体积，易于自沉降分离或膜分离，提高材料的重复再利用效果。
附图说明
图1为本发明纳米管分级结构二氧化钛制备流程；
图2为本发明实施例1的纳米管分级结构钛酸锂的SEM图；
图3为实施例1获得的分级结构钛酸锂应用于锂离子电池的负极，在不同充放电速率下的锂离子电池的放电容量图；
图4为本发明纳米管分级结构二氧化钛的SEM图；
图5为实施例10的纳米管分级结构二氧化钛的光催化降解亚甲基蓝的速率图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
按照图1的流程，搅拌条件下，将1克硫酸氧钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.05摩尔每升的氨水到上述溶液中，直至溶液呈中性，使硫酸氧钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.7摩尔每升，过氧化氢体积分数为2.5％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至75摄氏度后恒温搅拌8小时，停止反应并分离获得白色固体。随后，将上述白色固体放入烘箱中，于60摄氏度下干燥20小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入烘箱中，在120摄氏度下退火处理12小时，用于去除纳米线表面的过氧化氢。随后，将上述低温处理后的白色固体粉末分散于100mL的纯水中，于100摄氏度下反应5小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图如图2所示。图3为实施例1获得的分级结构钛酸锂应用于锂离子电池的负极，在不同充放电速率下的锂离子电池的放电容量图；锂离子电池电极的制备采用刮涂方法，首先按照钛酸锂分级结构微球产物：super P：聚偏氟乙烯(PVDF)＝7:2:1的质量比，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂混成浆料，再用刮涂机把浆料均匀的涂覆在铜箔上，后在手套箱中以金属锂做对电极，1mol/L LiPF6/EC-DMC-EMC(1:1:1)作为电解液，GlassFiber作为隔膜，组装成型号为CR2032的纽扣电池进行电化学测试。图3可以看出，材料的锂离子电池性能测试结果优异，电池在不同倍率的充放电速率下仍具有很高的放电容量。
实施例2
搅拌条件下，将2克硫酸钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.10摩尔每升的氢氧化钠到上述溶液中，直至溶液呈中性，使硫酸钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.8摩尔每升，过氧化氢体积分数为5％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至85摄氏度后恒温搅拌6小时，停止反应并分离获得白色固体。随后，将上述白色固体放入烘箱中，于25摄氏度下真空干燥24小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入烘箱中，在120摄氏度下真空退火处理12小时，用于去除纳米线表面的过氧化氢。随后，将上述低温处理后的白色固体粉末分散于100mL的含有百分之四十纯水的乙醇溶液中，于120摄氏度下反应6小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图基本与图2所示相同。
实施例3
搅拌条件下，将5克四氯化钛分散溶解于100毫升水溶液中形成溶液，后缓慢滴加浓度为0.10摩尔每升的氢氧化钾到上述溶液中，直至溶液呈中性，使四氯化钛逐渐并完全水解生成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.6摩尔每升，过氧化氢体积分数为4％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于200毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至95摄氏度后恒温搅拌4小时，停止反应并分离获得白色固体。随后，将上述白色固体放入烘箱中，于80摄氏度下真空干燥12小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入烘箱中，在150摄氏度下退火处理6小时，用于去除纳米线表面以及内部部分的过氧化氢。随后，将上述低温处理后的白色固体粉末分散于200mL含有0.01摩尔每升的硝酸水溶液中，于140摄氏度下反应2小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图基本与图2所示相同。
实施例4
搅拌条件下，将3克异丙醇钛分散于100毫升水溶液中直接水解形成水合钛酸沉淀，后将水合钛酸沉淀超声分散，用去离子水洗涤多次，离心分离。其次，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.8摩尔每升，过氧化氢体积分数为5％的水溶液。随后，将上述离心分离后的水合钛酸沉淀分散于100毫升上述配制的含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成黄色透明溶液。接着，将上述黄色透明溶液加热至80摄氏度后恒温搅拌4小时，停止反应并分离获得白色固体。随后，将上述白色固体放入烘箱中，于70摄氏度下真空干燥15小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入烘箱中，在200摄氏度下退火处理1小时，用于去除纳米线表面以及内部部分的过氧化氢。随后，将上述低温处理后的白色固体粉末分散于150mL含有0.1摩尔每升的氢氧化锂水溶液中，于150摄氏度下反应1.5小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图基本与图2所示相同。
实施例5
首先，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.9摩尔每升，过氧化氢体积分数为3％的水溶液100毫升。在搅拌条件下，往上述水溶液中缓慢加入1克硫酸氧钛，搅拌形成黄色透明溶液。随后，将上述黄色透明溶液加热至70摄氏度后恒温搅拌8小时，停止反应并分离获得白色固体。接着，将上述白色固体放入烘箱中，于60摄氏度下真空干燥20小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入管式炉中，在氮气气氛下于150摄氏度下退火处理3小时，用于去除纳米线表面以及内部部分的过氧化氢。随后，将上述低温处理后的白色固体粉末分散于100mL的纯水中，于100摄氏度下反应5小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图基本与图2所示相同。
实施例6
首先，将过氧化氢和氢氧化锂溶解于水形成氢氧化锂浓度为0.6摩尔每升，过氧化氢体积分数为2％的水溶液100毫升。在搅拌条件下，往上述水溶液中缓慢加入1克钛酸四丁酯，搅拌形成黄色透明溶液。随后，将上述黄色透明溶液加热至80摄氏度后恒温搅拌5小时，停止反应并分离获得白色固体。接着，将上述白色固体放入烘箱中，于60摄氏度下真空干燥20小时。随后，将上述干燥后的白色固体粉末放入管式炉中，在氢气气氛下于150摄氏度下退火处理3小时，用于去除纳米线表面以及内部部分的过氧化氢。随后，将上述低温处理后白色固体粉末分散于100mL含有百分之四十乙醇的纯水中，于120摄氏度下反应3小时，得到纳米管分级结构钛酸锂产物。其SEM图基本与图2所示相同。
实施例7
将实施例1制备得到的纳米管分级结构钛酸锂分离后，放入烘箱中，于120摄氏度下干燥24小时。随后，将干燥后的纳米管分级结构钛酸锂用去离子水多次洗涤分离后放入0.01摩尔每升的硝酸溶液进行氢离子交换，氢离子交换后用去离子水多次洗涤，直到洗涤液pH接近中性，后分离干燥，得到纳米管分级结构钛酸。
实施例8
将实施例1制备得到的纳米管分级结构钛酸锂分离后，放入烘箱中，于150摄氏度下干燥12小时。随后，将干燥后的纳米管分级结构钛酸锂用去离子水多次洗涤分离后放入0.05摩尔每升的盐酸溶液进行氢离子交换，氢离子交换后用去离子水多次洗涤，直到洗涤液pH接近中性，后分离干燥，得到纳米管分级结构钛酸。
实施例9
将实施例1制备得到的纳米管分级结构钛酸锂分离后，放入烘箱中，于200摄氏度下干燥4小时。随后，将干燥后的纳米管分级结构钛酸锂用去离子水多次洗涤分离后放入0.1摩尔每升的醋酸溶液进行氢离子交换，氢离子交换后用去离子水多次洗涤，直到洗涤液pH接近中性，后分离干燥，得到纳米管分级结构钛酸。
实施例10
将实施例7制备得到的纳米管分级结构钛酸放入马弗炉中，于400摄氏度下退火4小时，得到纳米管分级结构二氧化钛。其SEM图如图4所示。图5为本实施例的纳米管分级结构二氧化钛的光催化降解亚甲基蓝的速率图。测试条件为取本实施例制备的50mg分级结构二氧化钛产物分散于10mg/L的亚甲基蓝溶液中，采用3瓦的LED紫外灯照射下的光催化降解亚甲基蓝的速率图；在相同测试条件下，采用P25作为对比物质。图5可以看出本实施例制备的材料光催化分解有机物的性能高于现有的商业化P25产品，具有较好的有机污染物光催化分解的应用前景。
实施例11
将实施例7制备得到的纳米管分级结构钛酸放入马弗炉中，于600摄氏度下退火3小时，得到纳米管分级结构二氧化钛。其SEM图基本与图4所示相同。
实施例12
将实施例7制备得到的纳米管分级结构钛酸分散于100毫升纯水中，于180摄氏度下反应6小时，得到纳米管分级结构二氧化钛。其SEM图基本与图4所示相同。
实施例13
将实施例7制备得到的纳米管分级结构钛酸分散于100毫升浓度为0.01摩尔每升的硝酸溶液中，于150摄氏度下反应12小时，得到纳米管分级结构二氧化钛。其SEM图基本与图4所示相同。
实施例14
将实施例7制备得到的纳米管分级结构钛酸分散于100毫升浓度为0.01摩尔每升的氨水溶液中，于120摄氏度下反应24小时，得到纳米管分级结构二氧化钛。其SEM图基本与图4所示相同。

Claims (20)

1.一种纳米管分级结构钛酸锂的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
S1、将钛源分散于含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中，搅拌得到混合溶液；
S2、将步骤S1得到的混合溶液加热反应得到纳米线状结构前驱物；
S3、将步骤S2得到的纳米线状结构前驱物进行分离干燥处理；
S4、将分离干燥处理后的纳米线状结构前驱物进行低温退火处理；
S5、将步骤S4经过低温退火处理的纳米线状结构前驱物进行热液反应得到纳米管分级结构钛酸锂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述钛源选自乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵、氮化钛、二氧化钛、偏钛酸、和正钛酸中的一种或者多种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述钛源选自水合钛酸(优选所述水合钛酸由含钛化合物(优选所述含钛化合物选自乙醇钛、异丙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、和氟钛酸铵中的一种或者多种的组合)经过水解反应获得)。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述水解反应为将所述含钛化合物分散在纯水中直接水解生成水合钛酸；或者，
所述水解反应为将所述含钛化合物分散在含有碱性物质的水溶液中水解生成水合钛酸(优选所述碱性物质选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、乙二胺、二乙胺、三乙胺、乙胺、乙醇胺、和二乙醇胺中的一种或多种的组合)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述水合钛酸由含钛化合物经过水解反应和提纯处理获得；所述提纯处理包括将含钛化合物经过水解反应后得到的产物进行提纯，得到纯度大于等于97％的水合钛酸(优选所述提纯处理的方式选自水洗-离心分离、水洗-膜分离、水洗-过滤以及渗析中的一种或者多方式的组合)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S1中所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中氢氧化锂的浓度为0.4mol/L-1.0mol/L，所述含有氢氧化锂的过氧化氢水溶液中过氧化氢的体积分数为千分之五至百分之十。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S2中所述加热反应是将混合溶液加热至60℃-100℃进行反应(优选反应时间为0.5h-24h)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S3中所述干燥的温度为20℃-80℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S4中所述低温退火处理的温度为120℃-200℃，时间为0.5h-12h。
10.根据权利要求1或9所述的制备方法，其中，步骤S4中所述低温退火处理是在空气气氛、惰性气体气氛或还原性气体气氛中进行低温退火处理。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤S5中所述热液反应的温度为80℃-150℃，时间为1h-24h。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的制备方法，其中，所述方法还包括对步骤S5得到的纳米管分级结构钛酸锂进行表面修饰的步骤，所述表面修饰的步骤包括对纳米管分级结构钛酸锂负载选自如下材料中的一种或多种的组合：碳、碳纳米管、石墨烯、和黑磷。
13.权利要求1～12任意一项所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸锂。
14.权利要求13所述的纳米管分级结构钛酸锂制备得到的离子电池电极(优选所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池)。
15.一种纳米管分级结构钛酸的制备方法，其中，所述方法包括将权利要求13所述的纳米管分级结构钛酸锂进行酸交换得到纳米管分级结构钛酸(优选所述方法包括将权利要求13所述的纳米管分级结构钛酸锂进行酸交换，然后洗涤分离并干燥，得到纳米管分级结构钛酸)。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其中，所述酸交换包括将纳米管分级结构钛酸锂放入酸溶液(优选所述酸溶液选自硝酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、和醋酸溶液中的一种或者多种的组合，所述酸溶液中酸的浓度为0.001mol/L-0.1mol/L)中进行氢离子交换得到所述纳米管分级结构钛酸。
17.权利要求15-16任意一项所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构钛酸。
18.权利要求17所述的纳米管分级结构钛酸在制备离子电池(优选所述离子电池选自锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、或镁离子电池)或污染物吸附中的应用。
19.一种纳米管分级结构二氧化钛的制备方法，其中，所述方法包括将权利要求17所述的纳米管分级结构钛酸经过水热反应和/或高温退火得到所述纳米管分级结构二氧化钛(优选水热反应的反应体系选自中性水体系、酸性水体系或碱性水体系)(优选所述水热反应的温度为100℃-200℃，水热反应的时间为1h-24h)(优选高温退火的温度为350℃-800℃，时间为1h-24h)。
20.权利要求19所述的制备方法制备得到的纳米管分级结构二氧化钛。
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