一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法。本发明专利技术方法首先采用已知技术方法制备氧化石墨烯；将其分散于乙酸溶液中；再向其中加入钛酸四丁酯的乙醇溶液快速搅拌混合；后将其转移至反应釜中进行水热反应。水热处理后，将反应产物转移至乙醇溶液中，向其中加入半胱氨酸和聚乙二醇，调节混合溶液pH至8～10。随后，将混合溶液置于2.5MeV、40mA电子加速器中进行辐照。然后用乙醇和去离子水交替洗涤上述辐照反应产物，再用高速离心机离心分离。最后将离心分离所得固体物置于真空冷冻干燥机中干燥，干燥后即得氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料。此制备方法绿色环保、工艺简单、操作方便，便于大规模生产。大规模生产。大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法


[0001]本专利技术涉及化工制备领域，具体涉及一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化钛(TiO2)具有成本低、化学稳定性优异、无毒性等特点，且易于合成纳米管阵列或纳米颗粒等不同的形态。其中，锐钛矿TiO2的理论比电容为～860F g
‑1，电压窗口大，且比电容几乎恒定，可有效补偿其较低的实验比电容。以上物理特性决定了TiO2在能量转换和储能系统中具较强的应用前景。已有研究表明，锐钛矿在用作超级电容器材料时，已显示出赝电容行为，且其赝电容对总电荷存储的贡献随着粒径的减小而增加。因此，设计制备小尺寸TiO2电极材料对提高其赝电容容量具有一定的促进作用。
[0003]作为过渡金属氧化物，TiO2的固有绝缘性导致其表面反应效率低下，阻碍了其在储能材料领域的应用，因此提高导电能力对于二氧化钛来讲是极为重要。与碳基导电材料复合也是提高材料导电性能和电化学性能的有效途径。其中，石墨烯气凝胶具有三维导电网络及较高的化学稳定性，可作为与金属、金属氧化物、导电聚合物复合的理想平台，用于超电的储能应用。另外，材料的导电性还可以通过引入氧空位，或进行杂原子掺杂来进行改善，这两者都在导带之下引入了供体状态，这些供体状态容易电离并增加锐钛矿的电荷载流子密度。已经有研究将氟原子掺杂于锐钛矿二氧化钛中，一价氟取代氧原子，与氧相关的额外电子将钛从Ti
4+
还原为Ti
3+
状态。电化学表征其电子载流子密度、局部电导率以及比电容都有所增加。近年来，将杂原子掺杂到石墨烯中已成为改善石墨烯电化学容量的有效策略。这些杂原子可以产生缺陷，改善石墨烯的导电性能，使掺杂过后的石墨烯材料具有更好的电容性能。
[0004]目前已报道的制备量子点级TiO2颗粒的方法，主要包括化学溶液生长法，外延生长法，电场约束法，大多成本较高，反应条件苛刻，反应时间长，不利于大规模生产。而对TiO2进行杂原子掺杂、缺陷修饰，以及与碳基导电基底复合的制备方法，主要包括化学沉积法、分离生长法、电弧放电法、等离子体处理等多种方法。这些方法多需要使用大量对环境有毒有害的化学试剂，且反应效率低下，产量有限，难以满足实际应用的需要。
[0005]为此，专利技术一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法很有必要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的不足提供一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法。该方法首先利用水热法制备不定型二氧化钛胶体和石墨烯气凝胶复合材料，后在高能脉冲电子束辐照的条件下，不定型二氧化钛胶体在石墨烯气凝胶表面生长形成10nm左右的二氧化钛量子点，同时氮和硫两种杂原子掺杂进复合材料中。本专利技术方法具有工艺简单，反应条件温和，合成方法绿色环保，原料价廉易得，适合规模化
生产需要，且该方法制备的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料具有良好的超级电容性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1，将80mg氧化石墨烯分散于20mL去离子水中，置于超声振荡器中超声分散均匀，得到氧化石墨烯悬浮液，向其中边搅拌边逐滴加入50～150mL乙酸；
[0009]S2，向上述步骤S1所得混合溶液中，加入钛酸四丁酯的乙醇溶液2～3mL，剧烈搅拌混合；
[0010]S3，将上述步骤S2所得混合溶液转移至特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并在150～200℃下水热处理10～16小时；
[0011]S4，水热处理后，将步骤S3所得产物离心分离，冷冻干燥后取0.5g，分散于500mL 70％～95％乙醇水溶液中；
[0012]S5，向步骤S4所得混合溶液中，加入0.3～0.6g半胱氨酸和50～100mg聚乙二醇1500(PEG
‑
1500)，并用氨水调节溶液pH至8～10。
[0013]S6，将上述步骤S5所得混合溶液放入辐照袋中，密封后置于2.5MeV、40mA电子加速器中进行辐照，辐照剂量为70～280kGy，得到辐照反应产物；
[0014]S7，用乙醇和去离子水交替洗涤步骤f所得辐照产物，再用高速离心机离心分离。
[0015]S8，将步骤S7所得产物置于真空冷冻干燥机中，在温度
‑
50℃，真空度20Pa中，冷冻干燥24～48小时后，即得黑色固体物氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料。
[0016]优选的，所述步骤S2中乙醇溶液体积比1:6～1:10。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术工艺简单，反应条件温和，利用辐照的方法，在生成二氧化钛量子点的同时完成氮硫共掺；且合成方法绿色环保，原料价廉易得，适合规模化生产需要。所制备的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料，具有较好的超级电容性能。本专利技术方法采用的电子加速器，其加速电子的能量为0.1至5MeV,电子束流强度为0.1至100mA可调。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
[0020]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
的能涵盖的范围内
[0021]图1为本专利技术实施例制备得到的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料透射电镜(TEM)照片；
[0022]图2为本专利技术实施例制备得到的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料扫描透射图及碳、氮、氧、硫、钛的元素分布图；
[0023]图3为本专利技术实施例制备得到的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料钛元素的X射线光电子能谱(XPS)高分辨图谱；
[0024]图4为本专利技术实施例制备得到的氮硫共掺杂二氧化钛量子点石墨烯气凝胶复合材料在5A g
‑1的电流密度下，充放电5000圈的循环稳定测试图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]参照附图1
‑
4，本专利技术提供的一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法，包括以下步骤：
[0027]S1，将80mg氧化石墨烯分散于20mL去离子水中，置于超声振荡器中超声分散均匀，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮硫共掺二氧化钛量子点石墨烯气凝胶的辐照制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将80mg氧化石墨烯分散于20mL去离子水中，置于超声振荡器中超声分散均匀，得到氧化石墨烯悬浮液，向其中边搅拌边逐滴加入50～150mL乙酸；S2，向上述步骤S1所得混合溶液中，加入钛酸四丁酯的乙醇溶液2～3mL，剧烈搅拌混合；S3，将上述步骤S2所得混合溶液转移至特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，并在150～200℃下水热处理10～16小时；S4，水热处理后，将步骤S3所得产物离心分离，冷冻干燥后取0.5g，分散于500mL 70％～95％乙醇水溶液中；S5，向步骤S4所得混合溶液中，加入0.3～0.6g半胱氨酸和50～100mg聚乙二醇1500(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦正，王兴登，程伶俐，杨雪纯，罗愿聪，李珍，
申请(专利权)人：上大合肥产业技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：