[发明专利]一种制备Ti4O7的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料的合成技术领域，具体涉及一种制备高纯纳米Ti₄O₇的方法。

背景技术

钛的氧化物可以在很大范围内以非化学计量形式稳定存在。亚氧化钛(Ti₃O₅、Ti₄O₇和Ti₅O₉)是有氧缺陷的二氧化钛，具有基于金红石型TiO₂晶格的结构。其中的Ti₄O₇的晶体结构可以看做是以金红石型二氧化钛为母体，每3层TiO₂后为一个氧缺失层(TiO层)。亚氧化钛几种不同的亚氧化钛化合物都具有较高的导电率，同时化学稳定性极高，在可见光区或是紫外光区都具有较好的光吸收能力，这使其一方面可以成为优异的电化学应用的电极材料及电化学催化剂载体材料，另一方面也是种非常有前途的提高光吸收性能和光电化学性能的材料。Ti₄O₇在亚氧化钛中具有最高的电导率，同时具有很好的电化学稳定性和耐腐蚀性，还具有析氢析氧能力。

传统锂电池采用石墨作为负极材料，亚氧化钛的导电率为石墨的2.75倍，如果将锂电池其负极中的石墨更换为亚氧化钛，内阻将极大的降低。亚氧化钛耐腐蚀且导电性强，所以使电池循环寿命大大增加。实验证明：使用亚氧化钛陶瓷板栅，酸铅电池充放电次数将从500次提升到20000次。亚氧化钛是低价钛氧化物，具备高化学稳定性，耐酸碱性高，替代金属锌可以使得阳极牺牲大幅减缓，从而使得阳极替换的频率减低，在海洋、军工等领域有广阔的应用前景。

亚氧化钛现有的制备方法主要可通过在惰性气氛下加热TiO₂和金属钛制得，也可在高温下使用还原剂如氢、碳等还原TiO₂制得。北京工业大学公开号CN102208658B的专利申请采用的是氢气还原法，工艺流程复杂且不易操作，产品质量难以进行精确控制，成本高，工业化生产较困难。四川大学公开号为CN102642867的专利申请采用碳还原法，不但使用了苯甲醛、苯乙醛等有毒试剂，主要问题是工业化生产后产品纯度难以控制，产品质量不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备Ti₄O₇的方法，工艺流程简单。

本发明的技术方案为：一种制备Ti₄O₇的方法，包括下述的步骤：

使钛与草酸溶液在60～100℃反应，冷却结晶得到反应产物；

然后将反应产物在氢气气氛中煅烧得到Ti₄O₇，煅烧温度800～1000℃。

在一个具体实施例中，钛粉与2.5～3.5mol/L的草酸溶液搅拌反应。

在一个具体实施例中，钛与草酸溶液反应时间为1～4h。

在一个具体实施例中，冷却结晶后过滤、清洗并烘干。

在一个具体实施例中，所述烘干为真空烘干，烘干温度100～120℃。

在一个具体实施例中，氢气密度≥0.25kg/m³。

在一个具体实施例中，煅烧是以8～15℃/min的速率升温至800～1000℃。

在一个具体实施例中，煅烧保温时间1h～2h。

在一个具体实施例中，将煅烧产物粉碎。

本发明人的研究表明本发明的机理可以表示为：

2Ti+3H₂C₂O₄·2H₂O+4H₂O＝Ti₂(C₂O₄)₃·10H₂O+3H₂↑

Ti₂(C₂O₄)₃·10H₂O+H₂→Ti₄O₇+CO₂↑+H₂O

其中的氢气是作为引发剂，把草酸钛中的CO₂引发出来，让草酸钛自然长晶形成Ti₄O₇。