石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及无机复合材料领域，具体涉及一种石墨‑钛低价氧化物(钛黑)复合材料的制备方法。本发明专利技术制备方法主要包括以下步骤：配料、压制成型、高温还原、球磨后得到石墨‑钛低价氧化物(钛黑)复合材料。本发明专利技术制备复合粉体，主要采用TiO2(或偏钛酸)和石墨为原料，采用碳热还原法，在空气气氛下制备石墨‑钛低价氧化物(钛黑)复合材料，具有工艺简单，对生产设备和生产环境要求低，原料价格低且原料储量巨大，该工艺方法便于大规模工业生产的特点。

Method for preparing graphite low valent titanium oxide composite material

The invention relates to the field of inorganic composite materials, in particular relates to a graphite titanium suboxide (titanium black) composite material preparation method. The preparation method of the invention comprises the following steps: mixing, pressing, high temperature reduction, ball milled graphite titanium suboxide (titanium black) composites. The composite powder is mainly prepared by adopting TiO

【技术实现步骤摘要】
石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法
本专利技术涉及无机复合材料领域，具体涉及石墨—钛低价氧化物(钛黑)复合材料的制备方法。
技术介绍
能源与环境是21世纪的两大世界性问题，近三十年来，TiO2作为一种多功能材料在能源和环境领域都发挥着重要作用，已广泛应用于光催化降解、染料敏化太阳能电池、太阳能制氢等领域，但导电性差，可见光响应差等缺陷限制了TiO2的进一步应用。在TiO2晶格中引入氧缺陷，当钛氧原子比例满足n:2n-1时，原子自发重排，形成有序结构，得到TinO2n-1系列亚氧化态化合物，被命名为Magnéli相氧化钛，以纪念Magnéli对该系列新相的发现。Magnéli相氧化钛具有TiO2不可比拟的导电性和可见光响应能力，此外，还具有抗腐蚀、耐磨损和绿色环保等优点。近年来，Magnéli相氧化钛在惰性电极、燃料电池、锂电池、光催化和导电添加剂等方面的应用已有诸多报道，成为国内外钛功能材料的研究热点之一。Magnéli相氧化钛主要有高温还原法、激光烧蚀法和溶胶凝胶-烧结法三种制备工艺。Magnéli相氧化钛的制备主要以TiO2为原料，目前的制备方法存在反应过程时间长、对反应气氛要求苛刻和反应产物物化性质难以控制等缺点。因此，探索和开发一条全新的Magnéli相氧化钛的制备工艺路线非常必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法。石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将TiO2与石墨粉按重量比为1:0.2～0.4混匀，成型，得到成型物料；b、再将石墨粉均匀覆盖在成型物料表面，在空气气氛下加热到1100～1300℃，还原5～40min，然后倒入石墨粉中冷却，得到还原产物；其中，石墨粉覆盖厚度≥0.5cm；c、将还原产物破碎，得到复合材料。优选的，步骤a中，TiO2和石墨粉粒度均小于15μm，TiO2和石墨粉中杂质含量均小于1wt％。优选的，步骤a中，成型采用压制或滚动成型，得到块状或球状成型物料。优选的，步骤b中，石墨粉覆盖厚度为0.5～1cm。优选的，步骤b中，加热方式为电热、气体燃烧热或微波热。其中，步骤b中，还原产物中Ti的含量为50～60wt％，O的含量30～35wt％，C含量为5～20wt％。优选的，步骤c中，破碎的方式为球磨或气流磨。其中，步骤c中，复合材料粒度小于10μm。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种石墨-钛低价氧化物复合材料，由上述石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法制得。本专利技术的石墨-钛低价氧化物复合材料在电池电极、光催化剂、选择性吸收涂层或光电转换材料领域中的应用。本专利技术的有益效果：1、在空气气氛下制备石墨-钛低价氧化物(钛黑)复合材料，不需要真空或者通入保护气体，对生产设备和生产环境要求低。2、本工艺在较短的还原时间可以制备出石墨-低价钛氧化物复合材料。3、本专利技术的方法工艺简单，原料价格低且原料储量巨大，该工艺方法便于大规模工业生产。4、由于石墨本身也具有优异的导电性能，因此本复合材料应用前景较好。附图说明图1本专利技术实例1所制备的产品XRD图；图2本专利技术实例1所制备的产品SEM图；图3本专利技术实例2所制备的产品XRD图；图4本专利技术实例3所制备的产品XRD图；具体实施方式本专利技术所要解决的技术问题是提供一种石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法。石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将TiO2与石墨粉按重量比为1:0.2～0.4混匀，成型，得到成型物料；b、将成型物料放入坩埚，再将石墨粉均匀覆盖在成型物料表面，在空气气氛下加热到1100～1300℃，还原5～40min，然后倒入石墨粉中冷却至室温，得到还原产物；其中，石墨粉覆盖厚度≥0.5cm；覆盖石墨粉的作用是防止在还原过程中样品氧化；加入石墨粉中冷却也是为了避免产品在冷却过程中氧化。c、将还原产物破碎，得到复合材料。其中，TiO2可以用偏钛酸替代，偏钛酸与石墨粉的混合比例按偏钛酸(TiO2·H2O)中的TiO2与石墨粉的重量比为1:0.2～0.4混合。优选的，步骤a中，TiO2和石墨粉粒度均小于15μm，TiO2和石墨粉中杂质含量均小于1wt％。优选的，步骤a中，成型采用压制或滚动成型，得到块状或球状成型物料,压制成型可以使还原剂与被还原的对象紧密接触，提高反应过程动力学。优选的，步骤b中，石墨粉覆盖厚度为0.5～1cm。优选的，步骤b中，加热方式为电热、气体燃烧热或微波热。其中，步骤b中，还原产物中Ti的含量为50～60wt％，O的含量30～35wt％，C含量为5～20wt％。优选的，步骤c中，破碎的方式为球磨或气流磨。其中，步骤c中，复合材料粒度小于10μm。本专利技术要解决第二个技术问题是提供一种石墨-钛低价氧化物复合材料，由上述石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法制得。本专利技术的石墨-钛低价氧化物复合材料在电池电极、光催化剂、选择性吸收涂层、光电转换材料领域应用。下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例1取100gTiO2，30g石墨(TiO2和石墨粒度均小于15μm，杂质含量均小于1％)，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入坩埚中，并将石墨粉均匀覆盖在物料表面(石墨粉厚度0.5cm)，然后置入高温炉中，在空气气氛下，还原温度1250℃，还原时间20min，达到还原时间后，将坩埚快速取出并将物料倒入石墨粉中保护，冷却至室温，对还原产物进行球磨，得到复合材料。复合材料中钛的含量为57.63wt％，氧的含量为34.76％wt，碳的含量7.61％wt。产品XRD见图1，证明其物相组成为低价钛氧化物和石墨。产品SEM图见图2，从图中可清晰的说明颗粒粒度小于10μm。实施例2取100gTiO2，20g石墨(TiO2和石墨粒度均小于15μm，杂质含量均小于1wt％)，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入坩埚中，并将石墨粉均匀覆盖在物料表面(石墨粉厚度1cm)，然后置入高温炉中，在空气气氛下，还原温度1250℃，还原时间10min，达到还原时间后，将坩埚快速取出并将物料倒入石墨粉中保护，冷却至室温，对还原产物进行球磨，得到复合材料。复合材料中钛的含量为59.68wt％，氧的含量为35.54wt％，碳的含量4.78wt％。产品颗粒粒度小于10μm，XRD见图3，证明其物相组成为低价钛氧化物和石墨。实施例3取100gTiO2，40g石墨(TiO2和石墨粒度均小于15μm，杂质含量均小于1wt％)，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入坩埚中，并将石墨粉均匀覆盖在物料表面(石墨粉厚度0.8cm)，然后置入高温炉中，在空气气氛下，还原温度1150℃，还原时间30min，达到还原时间后，将坩埚快速取出并将物料倒入石墨粉中保护，冷却至室温，对还原产物进行球磨，得到复合材料。复合材料中钛的含量为54.73wt％，氧的含量为32.59wt％，碳的含量12.68wt％。产品颗粒粒度小于10μm，XRD见图4，证明其物相组成为低价钛氧化物和石墨。本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨‑钛低价氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：a、将TiO

【技术特征摘要】
1.石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：a、将TiO2与石墨粉按重量比为1:0.2～0.4混匀，成型，得到成型物料；b、再将石墨粉均匀覆盖在成型物料表面，在空气气氛下加热到1100～1300℃，还原5～40min，然后倒入石墨粉中冷却，得到还原产物；其中，石墨粉覆盖厚度≥0.5cm；c、将还原产物破碎，得到复合材料。2.根据权利要求1所述的石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，TiO2和石墨粉粒度均小于15μm，TiO2和石墨粉中杂质含量均小于1wt％。3.根据权利要求1或2所述的石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，成型采用压制或滚动成型，得到块状或球状成型物料。4.根据权利要求1～3任一项所述的石墨-钛低价氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，石墨粉覆盖厚度为0.5～1cm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴恩辉，李军，侯静，黄平，赖奇，徐众，刘黔蜀，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川,51