一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法技术

本发明专利技术属于先进材料技术领域，具体为一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法。本发明专利技术首先将二氧化硅纳米球在超声作用下分散在含有表面活性剂和碱催化剂的有机溶剂中，然后加入钛源，通过水解与缩聚，得到二氧化硅@二氧化钛核‑壳结构复合物；再将该复合物分散至强碱溶液中通过水热刻蚀辅助晶化，得到空心结构钛酸盐；最后将钛酸盐分散到碳源水溶液中，水热反应后在惰性气氛中焙烧，得到纳米片构筑的空心二氧化钛@碳复合微球。该复合微球具有双壳层空心结构；具有较大比表面积、孔容和孔径。该材料应用于钠离子电池负极，表现出优异的倍率性能和赝电容特性。本发明专利技术原料易得，方法简单，在环境、能源、催化等众多领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法
本专利技术属于先进材料
，具体涉及一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法。
技术介绍
由于人口急剧增加、传统能源减少以及环境污染加重，清洁能源的开发和存储技术受到广泛关注。近几十年来，锂离子电池技术的快速进步改善了人类的生活水平。大多数移动电子设备、电动自行车和电动汽车都采用锂离子电池。然而，锂源的储量有限，锂离子电池的成本也随着锂的开发成本增加而上涨。因此，单靠锂离子电池已无法满足储能应用不断增长的需求。为了缓解这些问题，科研工作者将目光集中到替代能源存储系统的研究。钠离子电池被认为是最佳候选，因为钠的储量近乎无限，并且化学性质和锂离子电池相似。含钠层状过度金属氧化物、磷酸盐和有机化合物可被用作钠离子电池的正极材料（一种钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C及其制备方法，CN108390043B；钠离子电池正极活性材料、钠离子电池正极材料、钠离子电池正极和钠离子电池及制备方法，CN111354924A），精选碳质材料、过度金属氧化物和硫化物以及有机化合物可被用作钠离子电池负极材料。但是钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心二氧化钛@碳复合微球，其特征在于，具有双壳层空心结构；所述壳层由碳包覆的锐钛矿型二氧化钛纳米片构筑而成，壳层厚度为50-100nm，晶粒尺寸为10-20nm；复合微球的粒径尺寸为200-600nm，碳含量为5-20wt%。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心二氧化钛@碳复合微球，其特征在于，具有双壳层空心结构；所述壳层由碳包覆的锐钛矿型二氧化钛纳米片构筑而成，壳层厚度为50-100nm，晶粒尺寸为10-20nm；复合微球的粒径尺寸为200-600nm，碳含量为5-20wt%。


2.根据权利要求1所述的空心二氧化钛@碳复合微球，其特征在于，比表面积为150-400m2/g，孔容为0.50-0.90cm3/g，孔径为10-20nm。


3.如权利要求1所述的空心二氧化钛@碳复合微球的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）首先，将二氧化硅纳米球在超声作用下，分散在含有表面活性剂和碱催化剂的有机溶剂中，随后加入钛源，在20-50℃温度下进行水解与缩聚反应1-5h；离心分离、乙醇清洗后得到二氧化硅@二氧化钛核-壳结构复合物；该二氧化硅@二氧化钛核壳结构复合物的二氧化钛壳层厚度为20-70nm；
在反应体系中，所述二氧化硅纳米球的浓度为1-10mg/mL；碱催化剂浓度为0.1-1mol/L，钛源与二氧化硅纳米球的质量比为1:1-20:1；钛源与表面活性剂的质量比为1:1-10:1；
所述二氧化硅纳米球粒径大小为150-500nm；
（2）将步骤（1）制得的二氧化硅@二氧化钛复合物分散至强碱溶液中，使强碱溶液的浓度为1-3mol/L；在80-150℃温度下水热处理8-12h，制得由纳米片构筑的空心结构钛酸盐微球；该钛酸盐微球具有双壳层空心结构，微球直径为200-600nm，空腔直径为100-300nm，壳层厚度为50-100nm；
（3）将步骤（2）制得的钛酸盐微球分散至浓度为0.05-1mol/L的碳源水溶液中，在150-200℃温度下水热处理2-5h，然后在惰性气氛下加热、焙烧，焙烧温度为500-1000℃，焙烧时间为2-5h，获得空心结构二氧化钛@碳复合微球。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，采用二氧化硅纳米球为形成空腔的模板，所用的二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，梁海琛，王金秀，赵东元，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31