[发明专利]纳米结构的Ti/TiO2复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米结构的Ti/TiO2复合电极的制备方法，将双氧水溶液、三聚氰胺与硝酸溶液混合，配制混合液，将经多步清洗后的金属Ti网浸入所述混合液中，经水热反应及后处理得到中间产物；混合液中，硝酸溶液和双氧水溶液的体积比为1:10～50，三聚氰胺与硝酸的摩尔比为0.005～0.01；中间产物经400～550℃热处理0.5～2h后，冷却得到所述的Ti/TiO2复合电极。本发明制备得到的Ti/TiO2复合电极具有电催化和光催化双重功能，该电极在充电过程中，对紫外光具有光敏感性，光生电子和空穴可促进Li2O2的分解，将其应用于锂‑空电池空气电极中，可用来降低锂‑空电池的过电位。

技术领域

本发明涉及锂-空电池用复合电极领域，具体涉及一种纳米结构的 Ti/TiO2复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

锂-空电池是一种以金属锂为负极，空气(或氧气)为正极的电池，锂离子导体为电解质的新型储能装置。锂-空电池的理论能量密度高达 11680Wh/kg(不包括O2，若包括O2，则为5200Wh/kg)。考虑到催化剂、电解质、电池包装等的重量，锂-空电池的实际可得能量密度约为1700 Wh/kg，该值可与汽油的能量密度相当，远高于镍-氢(50Wh/kg)、锂离子(160Wh/kg)、锂-硫(370Wh/kg)、锌-空(350Wh/kg)电池的能量密度。

锂-空电池由于其高的能量密度，在车用动力电池以及电网的储备电源等领域具有重要的应用前景。正因为锂-空电池具有非常重要的应用前景，世界上一些著名公司和科研机构启动了锂空电池的研究。如美国IBM 公司启动了“Battery 500Project”研究计划，该计划的最终目标是将锂- 空电池用于汽车，该研究计划中“500”代表每次充电汽车行驶500英里 (800公里)。

影响锂-空电池性能的因素很多，但催化剂的成分与结构是关键因素。最近，各种新型催化剂如贵金属M(M＝Ru,Au,Pd,Pt)、PtAu、MnO2、 MnO2/Ti、MnO2/Pd、MoN/石墨烯、MnCo2O4/石墨烯等被开发。对于催化剂成分，相对于贵金属，金属氧化物(如Co3O4、MnO2)催化剂的价格较低，制备较简单，是锂-空电池空气极的理想的催化剂。但一般来说，金属氧化物的催化活性较低。

因此，开发高性能的金属氧化物催化剂仍是今后催化剂发展的趋势，其中设计双重、或多重功能的催化剂是方法之一。

发明内容

本发明提供了一种纳米结构的Ti/TiO2复合电极的制备方法，工艺简单，能耗低、成本低，适合于大规模工业化生产；制备得到的Ti/TiO2复合电极具有电催化和光催化双重功能，该电极在充电过程中，对紫外光具有光敏感性，光生电子和空穴可促进Li2O2的分解，将其应用于锂-空电池空气电极中，可用来降低锂-空电池的过电位。

一种纳米结构的Ti/TiO2复合电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将双氧水溶液、三聚氰胺与硝酸溶液混合，配制混合液，将经多步清洗后的金属Ti网浸入所述混合液中，经水热反应及后处理得到中间产物；