本发明专利技术涉及一种金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料及其制备方法，首先利用水热法以TBT作为钛源、CTAB为结构导向剂，合成了棒状的TiO2；然后以改性的Hummers法合成GO；最后，在室温下，以TiO2纳米棒和GO为原料，两者在水和甲苯中自组装制备了GO/TiO2纳米棒复合材料。本发明专利技术制备方法相对简单，所用的原料价廉、易得、安全，适合工业化生产。制备的GO/TiO2纳米棒复合材料形貌为金红石TiO2纳米棒负载在GO纳米片上。此制备方法易于调控复合物中TiO2棒和GO的重量比，另外，制备的GO/TiO2纳米棒复合材料并没有改变初始的TiO2和GO的形貌。为制备其他形貌的TiO2负载在GO片上提供了一种新的思路。
【技术实现步骤摘要】
金红石型TiO2
本专利技术属于复合材料制备领域，具体涉及一种金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复 合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种呈蜂巢晶格结构的二维单层碳原子，在实验和理论科学领域已经引 起了巨大的关注。而氧化石墨烯（GO)作为石墨烯的一个衍生物，它不仅拥有独特的电、热、 机械性能，同时具有丰富的含氧官能团、亲水性以及可控的电子性能等优点，在先进材料的 制备中已引起广泛的研究兴趣。 近年来能源危机的出现，探索新型能源材料是亟待解决的问题。碳材料由于导电 性好、表面积大、高的化学稳定性，且碳网络能对电子转移提供有效地路径等优点，是一种 优良的电化学材料。然而，石墨电极有它的缺点之处：电路易于断开、结构易变形以及初始 容量有损失等。为了避免这些缺点，将无机纳米粒子与GO复合可能是一种有效地解决方 式。如Wu等人在Journalofmaterialschemistry22 (2012) 2442 - 2448 上报道了通过 电泳沉积和热处理过程合成了Ni0/G0复合物，将其应用于超级电容器的研究，其比容量达 到569Fg'Chen等人在ACSNano4(2010)2822 - 2830上报道了在水和异丙醇体系中，通 过简单地溶液处理方法制备了GO-MnO2纳米复合物，并将其应用于超级电容器的研究，其比 容量达到197. 2Fg'然而TiO2与GO的复合至今很少报道，特别是应用在电化学领域中， 因此研究两者复合开拓了他们新的应用领域。 目前，二氧化钛/GO复合材料的制备方法主要有自组装、超声和原位沉积等方法。 例如，Chen等利用自组装法以TiCl3和GO作为反应物，成功制备了具有异质结构的G0/TiO2 纳米复合物（ACSNano2010, 46425 - 6432)Xao等在超声条件下混合GO和TiO2微球，制备 了不同质量比的GCVTiO2复合微球（G0和TiO2质量比分别为1:100, 3:100, 7:100, 11:100) (Chemistry-anasianjournal2013,8,2779 - 2786)〇 自组装法具有温度低、操作简单、形貌易于控制等优点，而被人们广泛应用。目前 用自组装方法来制备Ti02/G0复合物存在以下问题：Ti02易于聚集，且分散性不好；复合过 程中GO片易于破碎。 公布号为CN102423702A(申请号201110456027. 8)的中国专利文献公开了一种 氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法，是将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁 酯加入到无水乙醇中配成混合液，然后将GO的水悬浮液加入混合液中，室温下匀速搅拌， 干燥后煅烧得到GO/二氧化钛复合光催化剂。该专利存在以下的特点：采用一步合成法， 即在Ti02/G0复合物合成的同时，伴随着TiO2形貌的产生，一步法合成的复合物存在TiO2 和GO的比例不易控制，并且GO片上负载的TiO2形貌不易于控制或改变的缺点；该方法合 成的机构为二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域；合成的晶型为锐钛矿 型；反应时间为1-5天，时间较长；该制备方法需要在惰性气体保护下于400°C?450°C煅 烧0. 5?3小时，耗能高；该方法制备的材料仅能用于光催化。 申请公布号CN102492313B(申请号201110371024. 4)的中国专利文献公开了一 种二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米片材料及其制备方法，二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米 片的结构层包括氧化石墨烯层、及位于该氧化石墨烯层上下两侧的二氧化钛层。该专利存 在以下的特点：采用一步合成法；制得的材料为三明治结构；合成的晶型为锐钛矿型；反 应需要在20-60°C条件下完成；该制备方法需要在惰性气体保护下于40(TC?450°C煅烧 0. 5?3小时，耗能高；该方法制备的材料仅能用于光催化。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料及其 制备方法。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 一种金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： ⑴制备含钛溶液：室温下，将钛酸四丁酯（TBT)加入到浓盐酸和蒸馏水中，搅拌 20-40min，其中TBT、浓盐酸、蒸馏水的质量比为0. 01-0. 8 :8-12 :15-30 ; (2)在不断搅拌的条件下，将十六烷基三甲基溴化铵（CTAB)水溶液逐滴加入到由 步骤（1)所得的含钛溶液中，继续搅拌1. 5-2. 5h(优选2h)形成混合溶液，将得到的混合溶 液于120°C_180°C保温12h-24h后，自然冷却到室温得沉淀物，其中CTAB水溶液中，CTAB与 水的质量比为 〇? 01-0. 5 :40-60,TBT与CTAB的质量比为 0? 01-0. 8 :0? 01-0. 5 ; (3)将步骤⑵得到的沉淀物于蒸馏水清洗后，在75°C-85°c(优选80°C)条件 下烘干得到产物TiO2，研磨制成TiO2粉末； (4)将步骤⑶得到的TiO2粉末分散在甲苯中，得到浓度为0? 01-0. 05g/5-10mL 的TiO2分散液； (5)将步骤（4)得到的TiO2分散液倒入GO分散液中，室温下搅拌12h-24h，再经 过抽滤，洗涤，干燥，得到金红石型TiO2纳米棒GO复合材料，所述GO分散液中GO/水为 0? 001-0. 005g/10-20mL。 GO的制备方法如下：①将2-3g石墨粉，20-50ml浓硫酸，2-3g1^208依次加入 到烧杯中，搅拌，超声5分钟，放入油浴锅，加热至80°C搅拌4-6h;②将步骤①的产物用 400-500ml蒸馏水稀释，然后抽滤，形成滤饼，过夜自然干燥；③将步骤②得到的滤饼用药 匙刮入小烧杯中，加入IOOml浓硫酸，搅拌，超声Ih;④向超声后的溶液中缓慢加入10-12g 高锰酸钾，控制温度小于20°C，搅拌4-6h，然后慢慢升温至35-50°C，搅拌保温8h-15h;⑤然 后向溶液中加入120ml去离子水（慢慢加），常温搅拌反应2h;⑥最后加入16-20ml双氧水， (溶液由灰色变为亮黄色）获得亮黄色的酸性氧化石墨烯水溶液，经过反复的水洗离心，超 声0. 5-lh，得到接近中性的氧化石墨烯溶液，经过冷冻干燥得到片状的G0,研磨制成粉末。 所述步骤⑵中CTAB水溶液的制备方法：将CTAB加入到蒸馏水中，在30°C-40°c 下不断搅拌直至形成透明溶液； 由上述方法制备的复合材料，该复合材料形貌为金红石TiO2CjCPDScard number21 - 1276)纳米棒负载在GO纳米片上，其中TiO2纳米棒的直径为50-150nm，棒长为 200_400nm〇 本专利技术产生的有益效果： 1.采用本专利技术的方法制得的TiO2纳米棒GO复合材料形貌为TiO2纳米棒负载在 氧化石墨烯纳米片上，其中TiO2纳米棒为金红石型，直径为50-150nm，棒长为200-400nm; 2.本专利技术制备的TiO2纳米棒GO复合材料中，GO和TiO2的比例可控，电化学性能 可调； 3.本专利技术制备的TiO2纳米棒GO复合材料中，T本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备含钛溶液：室温下，将TBT加入到浓盐酸和蒸馏水中，搅拌均匀，其中TBT、浓盐酸、水的质量比为0.01‑0.8：8‑12：15‑30；(2)在不断搅拌的条件下，将CTAB水溶液逐滴加入到由步骤(1)所得的含钛溶液中，继续搅拌形成混合溶液，将得到的混合溶液于120℃‑180℃条件下保温12h‑24h后，冷却到室温得沉淀物，将得到的沉淀物于蒸馏水清洗后，烘干得到产物TiO2，研磨制成TiO2粉末；其中CTAB水溶液中，CTAB与水的质量比为0.01‑0.5：40‑60；TBT与CTAB的质量比为0.01‑0.8：0.01‑0.5；(3)将步骤(2)得到的TiO2粉末分散在甲苯中，得到浓度为0.01‑0.05/5‑10g/mL的TiO2分散液；(4)将步骤(3)得到的TiO2分散液倒入GO分散液中，室温下搅拌12h‑24h，再经过抽滤，洗涤，干燥，得到金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料，所述GO分散液中GO与水的比例为0.001‑0.005/10‑20g/mL，TiO2与GO的质量比为0.01‑0.05/0.001‑0.005。...
【技术特征摘要】
1. 一种金红石型Ti02纳米棒氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 制备含钛溶液：室温下，将TBT加入到浓盐酸和蒸馏水中，搅拌均匀，其中TBT、浓盐 酸、水的质量比为〇? 01-0. 8 :8-12 :15-30 ; (2) 在不断搅拌的条件下，将CTAB水溶液逐滴加入到由步骤（1)所得的含钛溶液中， 继续搅拌形成混合溶液，将得到的混合溶液于120°C _180°C条件下保温12h-24h后，冷却 到室温得沉淀物，将得到的沉淀物于蒸馏水清洗后，烘干得到产物Ti02，研磨制成Ti02粉 末；其中CTAB水溶液中，CTAB与水的质量比为0. 01-0. 5 :40-60 ;TBT与CTAB的质量比为 0. 01-0. 8 ：0. 01-0. 5 ； (3) 将步骤（2)得到的Ti02粉末分散在甲苯中，得到浓度为0. 01-0. 05/5-10g/mL的 Ti〇2分散液； (4) 将步骤（3)得到的Ti02分散液倒入GO分散液中，室温下搅拌12h-24h，再经过抽 滤，洗涤，干燥，得到金红石型Ti02纳米棒氧化石墨烯复合材料，所述GO分散液中GO与水 的比例为 〇? 001-0. 005/10-20g/mL，Ti02 与 GO 的质量比为 0? 01-0. 05/0. 001-0. 005。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤⑴中搅拌20-40min。3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2)继续搅拌1. 5h-2. 5h形成 混合溶液。4. 如...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国伟，刘蕊蕊，孙彬，李世超，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。