專利名稱：一種新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型無(wú)機(jī)功能材料合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法。(ニ)
背景技術(shù)：
ー維納米材料是指材料的三個(gè)維度中，至少有ー個(gè)維度落在I 100納米之間的新型納米材料，例如納米管、納米線、納米棒、納米帶等。由于ー維材料與塊體材料相比具有獨(dú)特的物理與化學(xué)性能得到了世人的廣泛關(guān)注，過(guò)去的幾年中，ZnO、SnO2, In2O3> Ga203> V2O5,TiO2等過(guò)渡金屬氧化物的ー維納米材料得到了廣泛的研究，并在半導(dǎo)體制備、光催化材料制備、光電轉(zhuǎn)換材料、新能源材料等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，在我們的生活中已經(jīng)扮演者越來(lái)越重要的角色?！つ壳?，ー維納米材料的合成方法主要有化學(xué)氣相沉積法(CVD)、模板法、水熱合成法和微乳液法等。化學(xué)氣相沉積法得到的ー維材料長(zhǎng)徑比都較大，可制備出不同物質(zhì)的ー維材料；但其需要高溫汽化，需要成本較高，應(yīng)用受到限制。模板法是目前最常用的合成納米材料的方法之一，具有孔徑可調(diào)、形狀可控并可有效地防止納米材料的團(tuán)聚等優(yōu)點(diǎn)；但其制備出的ー維納米材料均勻度不高，影響了材料的結(jié)構(gòu)和性能。微乳液法也是ー種制備ー維納米材料的有效方法，且合成的ー維材料結(jié)構(gòu)較好，但與水熱法相比步驟較為繁瑣。水熱合成法制備方法簡(jiǎn)便，原料來(lái)源豐富，且由于其提供了高溫高壓的環(huán)境，促進(jìn)了材料在ー個(gè)方向上的均勻生長(zhǎng)，從而可以制備出結(jié)構(gòu)性能都較為良好的ー維材料。單晶ー維材料由于具有ー維材料的獨(dú)特性質(zhì)從而具有優(yōu)良的性能，但有時(shí)單晶材料仍有其自身的缺陷，從而促使現(xiàn)在的研究學(xué)者進(jìn)一步研究在合成一維納米材料的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行摻雜、包覆、改性，從而在制備ー維材料的基礎(chǔ)上可以制備出不同形貌的復(fù)合材料，這些復(fù)合材料既具有ー維材料的特性，又具有摻雜物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，從而擴(kuò)展了ー維材料的應(yīng)用前景，增強(qiáng)了ー維納米復(fù)合材料的性能。所以合成具有獨(dú)特形貌、高性能、高效率的新型ー維納米復(fù)合材料成為了研究學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，該方法制備的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料，既具有一維材料的特性，又具有摻雜物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)毒、低成本、無(wú)污染、比容量高、安全性好、催化性能優(yōu)。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特殊之處在于包括以下步驟
(1)制備ー維納米前驅(qū)體以P25納米TiO2為基礎(chǔ)原材料，以NaOH溶液為反應(yīng)溶剤，采用水熱法制備出ー維納米Na2Ti8O17前驅(qū)體；
(2)制備ー維TiO2納米帶將ー維納米Na2Ti8O17前驅(qū)體經(jīng)浸泡、酸洗、抽濾后得到H2Ti8O17，將其煅燒得到ー維TiO2納米帶；
(3)制備納米復(fù)合材料以尿素、水、硝酸鎳以及制備的ー維TiO2納米帶為原料采用均勻沉淀法得到Ni (OH)2-TiO2沉淀，Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)煅燒得到得到NiO-TiO2納米復(fù)合材料。本發(fā)明的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，步驟(I)中，NaOH溶液的濃度為7-15mol/L，水熱法反應(yīng)溫度為160-200°C，反應(yīng)時(shí)間為48_72h，得到Na2Ti8O17前驅(qū)體。本發(fā)明的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，步驟(2)中，H2Ti8O17在馬弗爐中煅燒溫度為350-450°C，煅燒時(shí)間為0. 5-4h。本發(fā)明的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，Na2Ti8O17, H2Ti8O17, TiO2均為ー維納米帯狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，步驟(3)中，沉降溫度為100-150°C，所得Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)抽濾、干燥，然后在馬弗爐中煅燒得到NiO-TiO2納米復(fù)合材料，煅燒溫度為350-450°C，煅燒時(shí)間為0. 5-4h。本發(fā)明的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，NiO-TiO2納米復(fù)合材料中NiO與TiO2生長(zhǎng)在一起，其中TiO2為帶狀結(jié)構(gòu)，NiO為片狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是采用水熱法及均勻沉淀法制備葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料=NiO-TiO2納米復(fù)合材料，具有無(wú)毒、低成本、無(wú)污染、比容量高、安全性好、催化性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在鋰離子電池、光催化等領(lǐng)域用著廣闊的應(yīng)用前景，該NiO-TiO2納米復(fù)合材料其一維納米材料結(jié)構(gòu)的特性使其與現(xiàn)有材料相比更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)制備高能量密度的動(dòng)カ電池、高轉(zhuǎn)化率的染料敏化太陽(yáng)能電池、高效率的光催化材料等提供了有利的支撐，節(jié)能節(jié)材效果顯著。

附圖I為所得H2Ti8O17的XRD 附圖2為所得TiO2納米帶的XRD 附圖3為所得NiO-TiO2納米復(fù)合材料測(cè)試ー的SEM 附圖4為所得NiO-TiO2納米復(fù)合材料的XRD 附圖5為所得NiO-TiO2納米復(fù)合材料測(cè)試ニ的SEM 附圖6為ー維TiO2納米材料與NiO-TiO2納米復(fù)合材料的第I次充放電循環(huán)比容量測(cè)試 附圖7為ー維TiO2納米材料與NiO-TiO2納米復(fù)合材料的第50次充放電循環(huán)比容量測(cè)試圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :
將64g NaOH置于盛有160ml蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌至室溫，然后將2g P25納米TiO2倒入燒杯中，超聲清洗5min，使溶液混合均勻，將混合溶液均勻分為4份，置于40ml內(nèi)襯為聚四氟こ烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉、擰緊反應(yīng)釜，將四個(gè)反應(yīng)釜分別置于160°C的電熱恒溫干燥箱中，恒溫反應(yīng)72h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻到室溫，用玻璃棒將產(chǎn)物Na2Ti8O17前驅(qū)體取出放入燒杯中，加入蒸餾水，反復(fù)清洗、抽濾至溶液為中性，再用鹽酸溶液進(jìn)行酸洗、抽濾后，將其放入100°C的干燥箱中干燥4h，得到H2Ti8O17，然后將H2Ti8O17置于350°C的馬弗爐內(nèi)煅燒4h，隨爐冷卻到室溫，得到TiO2納米帶，將0. 4g尿素、0. 522g硝酸鎳、40ml水、
0.5g TiO2納米帶置于燒杯中，在120°C烘箱中放置5h得到Ni (OH)2-TiO2沉淀(每30分鐘攪拌一次)，將Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)抽濾、干燥后然后在400°C下煅燒2h，制得NiO-TiO2納米復(fù)合材料。實(shí)施例2:
將44. 8g NaOH置于盛有160ml蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌至室溫，然后將2g P25納米TiO2倒入燒杯中，超聲清洗lOmin，使溶液混合均勻，將混合溶液均勻分為4份，置于40ml內(nèi)襯為聚四氟こ烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉、擰緊反應(yīng)釜，將四個(gè)反應(yīng)釜分別置于180°C的電熱恒溫干燥箱中，恒溫反應(yīng)48h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻到室溫，用玻璃棒將產(chǎn)物Na2Ti8O17前驅(qū)體取出放入燒杯中，加入蒸餾水，反復(fù)清洗、抽濾至溶液為中性，再用硫酸溶液進(jìn)行酸洗、抽濾后，將其放入95°C的干燥箱中干燥5h，得到H2Ti8O17,然后將H2Ti8O17置于400°C的馬弗爐內(nèi)煅燒2h，隨爐冷卻到室溫，得到TiO2納米帶，將0. 5g尿素、0. 534g硝酸鎳、40ml水、
0.5g TiO2納米帶置于燒杯中，在150°C烘箱中放置4h得到Ni (OH)2-TiO2沉淀(每30分鐘攪拌一次)，將Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)抽濾、干燥后然后在350°C下煅燒4h，制得NiO-TiO2納米復(fù)合材料。實(shí)施例3:
將96g NaOH置于盛有160ml蒸餾水的燒杯中，磁力攪拌至室溫，然后將2g P25納米TiO2倒入燒杯中，超聲清洗7min，使溶液混合均勻，將混合溶液均勻分為4份，置于40ml內(nèi)襯為聚四氟こ烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，封閉、擰緊反應(yīng)釜，將四個(gè)反應(yīng)釜分別置于200°C的電熱恒溫干燥箱中，恒溫反應(yīng)60h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻到室溫，用玻璃棒將產(chǎn)物Na2Ti8O17前驅(qū)體取出放入燒杯中，加入蒸餾水，反復(fù)清洗、抽濾至溶液為中性，再用鹽酸溶液進(jìn)行酸洗、抽濾后，將其放入90°C的干燥箱中干燥8h，得到H2Ti8O17,然后將H2Ti8O17置于450°C的馬弗爐內(nèi)煅燒0. 5h，隨爐冷卻到室溫，得到TiO2納米帶，將0. 35g尿素、0. 394g硝酸鎳、40ml水、
0.5g TiO2納米帶置于燒杯中，在125°C烘箱中放置6h得到Ni (OH)2-TiO2沉淀(每30分鐘攪拌一次)，將Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)抽濾、干燥后然后在450°C下煅燒0. 5h，制得NiO-TiO2納米復(fù)合材料。實(shí)施例4:
將上述實(shí)施例所得產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下
附圖I為所得H2Ti8O17的XRD圖，所制備的材料在2 0為25. 251 °、44. 599 °、48. 567 °的位置出現(xiàn)三個(gè)較為明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)H2Ti8O17的(203)、(30
^)、(020)三個(gè)晶面。附圖2為所得TiO2納米帶的XRD圖，所制備的材料在2 0為24. 979° ,28. 596°、43.486。、48. 634° >58. 474°的位置出現(xiàn)五個(gè)較為明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)TiO2的(110)、
(002)、(003)、(020)、み 11)五個(gè)晶面。附圖3、5分別為所得NiO-TiO2納米復(fù)合材料其中兩次SEM測(cè)試所得的SEM圖，圖中TiO2呈現(xiàn)帶狀，NiO呈現(xiàn)片狀，NiO納米片生長(zhǎng)方向與TiO2納米帶基本呈垂直方向，且NiO納米片在TiO2納米帶上分布不僅比較均勻，而且片狀呈現(xiàn)ー種類(lèi)似于生物中葉鑲嵌的形貌。附圖4為NiO-TiO2納米復(fù)合材料的XRD圖，圖中除了 TiO2所對(duì)應(yīng)的峰以外，在衍射角2 0為37. 245。,43. 275° ,62.861° ,75. 392° ,79. 385°的位置仍存在五個(gè)較為明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)NiO的(111)、( 200 )、( 220 )、( 311)、( 222 )五個(gè)晶面，從掃描圖與XRD綜合分析，NiO納米片生長(zhǎng)在TiO2納米帶上，二者形成了ー種具有獨(dú)特新型形貌結(jié)構(gòu)的納米材料。單晶ー維材料具有ー維材料的獨(dú)特性質(zhì)從而具有優(yōu)良的性能，現(xiàn)在其他條件一致的情況下，針對(duì)ー維TiO2納米材料與NiO-TiO2納米復(fù)合材料進(jìn)行比表面積測(cè)試(BET法)，并將其應(yīng)用在鋰離子電池中進(jìn)行充放電循環(huán)比容量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果說(shuō)明=NiO-TiO2納米復(fù)合材料的比容量大于ー維TiO2納米材料，而比容量越大，其電池在同樣質(zhì)量的條件下容量越大，即該電池儲(chǔ)存的能量越多，也就是電池會(huì)有更優(yōu)良的電化學(xué)性能，也就有更好的使用前景，從而證明NiO-TiO2納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能優(yōu)于ー維TiO2納米材料；Ni0_Ti02納米復(fù)合材料較ー維TiO2納米材料，其比表面積增加了 39. 57%(—維TiO2納米材料的比表面積為37. 4 m2/g，NiO-TiO2納米復(fù)合材料的比表面積為52. 2 m2/g)，比表面積增加，可以促進(jìn)鋰離子電池中電解質(zhì)與電極(本文為負(fù)極)的接觸面積，從而縮短鋰離子進(jìn)入電極材料中的距離，増加鋰離子擴(kuò)散進(jìn)入電極材料的效率，提高鋰離子的傳輸效率，使電極材料更能適應(yīng) 大倍率條件下的充放電。附圖6為ー維TiO2納米材料與NiO-TiO2納米復(fù)合材料的第I次充放電循環(huán)比容量測(cè)試圖，由圖可知，第一次電化學(xué)循環(huán)，ー維TiO2納米材料的首次放電容量為234 mAh/g,NiO-TiO2納米復(fù)合材料的首次放電容量為455 mAh/g較前者提升了 94. 4%。附圖7為ー維TiO2納米材料與NiO-TiO2納米復(fù)合材料的第50次充放電循環(huán)比容量測(cè)試圖，是兩種材料在50次電化學(xué)循環(huán)后所得的放電比容數(shù)據(jù)，由圖可知，ー維TiO2納米材料在50次電化學(xué)循環(huán)后放電比容量為117 mAh/g, NiO-TiO2納米復(fù)合材料在50次電化學(xué)循環(huán)后放電比容量為188 mAh/g較前者提升了 60. 7%。得到的葉鑲嵌狀NiO-TiO2納米復(fù)合材料是ー種在鋰離子電池、光催化、染料敏化太陽(yáng)能、光電轉(zhuǎn)換、光致變色等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的新型復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)制備一維納米前驅(qū)體以P25納米TiO2為基礎(chǔ)原材料，以NaOH溶液為反應(yīng)溶劑，采用水熱法制備出一維納米Na2Ti8O17前驅(qū)體； (2)制備一維TiO2納米帶將Na2Ti8O17前驅(qū)體經(jīng)浸泡、酸洗、抽濾后得到H2Ti8O17，將其煅燒得到一維TiO2納米帶； (3)制備納米復(fù)合材料以尿素、水、硝酸鎳以及制備的一維TiO2納米帶為原料采用均勻沉淀法得到Ni (OH)2-TiO2沉淀，Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)煅燒得到得到NiO-TiO2納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(I)中，NaOH溶液的濃度為7-15mol/L，水熱法反應(yīng)溫度為160_200°C，反應(yīng)時(shí)間為48_72h，得到Na2Ti8O17前驅(qū)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(2)中，H2Ti8O17在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為350-450°C，煅燒時(shí)間為0. 5_4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于Na2Ti8017、H2Ti8017、Ti02均為一維納米帶狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中，沉降溫度為100-150°C，所得Ni (OH)2-TiO2沉淀經(jīng)抽濾、干燥，然后在馬弗爐中煅燒得到NiO-TiO2納米復(fù)合材料，煅燒溫度為350-450°C，煅燒時(shí)間為0. 5_4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于NiO-TiO2納米復(fù)合材料中NiO與TiO2生長(zhǎng)在一起，其中TiO2為帶狀結(jié)構(gòu)，NiO為片狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于新型無(wú)機(jī)功能材料合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型氧化鎳二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。該新型葉鑲嵌狀納米復(fù)合材料的制備方法，其特殊之處在于包括以下步驟(1)制備一維納米前驅(qū)體；(2)制備一維TiO2納米帶；(3)制備納米復(fù)合材料。本發(fā)明是采用水熱法及均勻沉淀法制備N(xiāo)iO-TiO2納米復(fù)合材料，具有無(wú)污染、比容量高、安全性好、催化性能化等優(yōu)點(diǎn)，在鋰離子電池、光催化等領(lǐng)域用著廣闊的應(yīng)用前景，該NiO-TiO2納米復(fù)合材料其一維納米材料結(jié)構(gòu)的特性使其與現(xiàn)有材料相比更具優(yōu)勢(shì)，對(duì)制備高能量密度的動(dòng)力電池、高轉(zhuǎn)化率的染料敏化太陽(yáng)能電池、高效率的光催化材料等提供了有利的支撐，節(jié)能節(jié)材效果顯著。
文檔編號(hào)H01M4/48GK102956879SQ20121051862
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者沈建興, 王泰林, 張加艷, 魏長(zhǎng)寶 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院