[发明专利]一种介孔复合氧化钛及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种介孔复合氧化钛及其制备方法。该材料 是介孔氧化钛基复合材料。

背景技术

氧化钛属于一种光敏性半导体材料，一直以来在光催化产氢、有机物降解以及光电池 领域有着广泛的应用。近年来，氧化钛在其他领域的应用潜质也不断被发现，它作为催化 剂载体、锂离子电池负极材料在能源、环境等方面的应用越来越受到人们的关注。比如在 催化领域，若制备出有载体和催化剂双重作用的催化材料可以大大降低生产成本具有诱人 的工业前景，与传统的催化剂惰性载体如γ-Al₂O₃相比，氧化钛本身具有较好的催化活性， 是一种很有潜质的催化剂载体材料^[1]；在锂离子电池领域，氧化钛的独特晶型结构可以利 于锂离子的嵌入/脱嵌，作为新一代的负极材料与传统的负极碳材料相比，成本低、使用安 全不易引发爆炸^[2]。与此同时，随着纳米科技的发展，具有纳米形态或孔道的氧化钛不断 被开发出来，这也更加推动了氧化钛在这些领域的应用。

无论是作为催化剂载体还是锂离子电池负极材料，都要求氧化钛具有较高的比表面 积。比如纳米TiO₂作为催化剂载体虽然在反应中催化活性高，但由于颗粒太小回收利用困 难且易团聚，并且在焙烧成型后比表面积大幅度下降，导致其活性大大降低。一般由锐钛 型TiO₂颗粒成型或层状钛酸盐离子交换制备得到的TiO₂的比表面积低于30m²/g，要得到 高比表面积的多孔氧化钛主要通过溶胶-凝胶法，但由于过程复杂，原料价格昂贵以及可能 导致的环境问题使其不可能工业化生产。

针对上述问题，本课题组以钛酸钾为原料，通过强化固相微结构转变过程制备出了高 比表面积介孔氧化钛^[3](ZL0315827.5)。其比表面积大于50m²/g，具有高结晶度的介孔， 合成过程不用模板剂，过程简单，成本比较低，适宜大规模生产。在此基础上，根据专利 ^[4](PCT/CN2007/070428)所述的方法，可以根据应用的需要对这种介孔氧化钛进行孔结构 的调节。

然而介孔氧化钛材料作为催化剂载体和锂离子电池负极时还存在一些不足：1)氧化 钛具有很强的亲水性，作为载体在催化剂制备过程中容易和金属前驱体发生化学反应，不 利于金属活性组分的分散。2)作为锂离子电池负极材料时，较大的比表面积会导致在电 极和电解质接触面上副反应的发生。

目前针对氧化钛材料的改性，主要是针对氧化钛纳米颗粒上的有机物改性，通过有机 物的界面行为改变氧化钛的溶解分散性^[5]。一方面，纳米氧化钛如前说述在应用上没有介 孔氧化钛更具优势；另一方面，直接利用有机物对于无机物改性，由于有机物分子本身在 高温和酸碱条件下易分解而失效，不利于工业化的实际应用。

发明人经研究发现，如果能利用酸碱、高温相对惰性的无机物如碳、硅、硫、磷、硒 来改善介孔氧化钛孔道的性质，会使其更好的满足作为催化剂载体和锂离子电池负极的要 求。

发明内容

发明的目的是提供一种介孔复合氧化钛材料。该材料作为催化剂载体加氢脱硫反应转 化率高达至98％；在作为锂离子电池负极材料时比容量高达至220mAh/g。

本发明的另一个目的是提供该介孔复合氧化钛的制备方法。该方法具有过程简单，成 本较低，适合大规模工业化生产等优点。

本发明目的可以通过以下措施达到：

一种新型介孔复合氧化钛，该材料是在介孔氧化钛的外表面以及孔壁上复合含碳、硅、 硫、磷、硒中至少一种元素的无机物，无机物的含量折合成元素质量为介孔复合氧化钛材 料质量的0.01％-25％；该介孔复合氧化钛材料的孔分布至少有一个最可几孔径为3-15nm， 比表面积50-250m²/g，孔容0.05-0.4cm³/g。本发明介孔复合氧化钛材料形貌为0.1-10μm 直径或当量直径的晶须、纤维或颗粒状。

本发明所述的介孔复合氧化钛材料，利用X射线衍射或拉曼光谱检测，介孔复合氧化 钛材料中的氧化钛呈锐钛矿相氧化钛、TiO₂(B)相氧化钛、金红石型氧化钛中的一种或多种。