[发明专利]一种相比例可控的TiO2异质结材料的制备及应用

说明书

一种相比例可控的TiO₂异质结材料的制备及应用，属光催化及锂离子电池技术领域，具体为一种相比例可控的TiO₂异质结材料的制备及应用。本发明的二氧化钛异质结材料包括经包覆处理的二氧化钛材料、经离子掺杂的二氧化钛材料，以及经包覆又经掺杂的二氧化钛材料；其主体结构为TiO₆八面体，化学式为TiO₂；本发明的目的是提供一种制备简易、比例可控的TiO₂异质结材料的制备方法，TiO₂异质结由锐钛矿和TiO₂‑B组成，二者的比例任意可调，且锐钛矿摩尔百分数为70％以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域和光催化材料技术领域，具体涉及一种相比例可控的TiO₂异质结材料的制备和改性方法。

背景技术

具有异质结结构的TiO₂具有良好的电子传输性质，是近年来半导体功能材料的研究热点，可用于光催化反应及锂离子电池电极材料。二氧化钛的常见晶型有四种，基本单元由TiO₆八面体构成，通过不同的连接方式，形成了金红石、锐钛矿、板钛矿及TiO₂-B等晶型。其中金红石为热力学稳定结构并易于形成较大颗粒尺寸；锐钛矿相的纳米结构易于获得；TiO₂-B及板钛矿为亚稳态，纯相较难制备。不同晶型间的二氧化钛可通过简单地热处理进行转化，如以钛酸为前驱体，经过加热逐步转变为TiO₂-B、锐钛矿，最终形成金红石相。通过调整晶型构筑异质结结构，可以促进光生载流子的分离，减少复合几率；而纳米晶粒相界面处还可进一步的储锂，提高材料的容量。通过进一步精确控制晶型比例，进而实现两相的协同效应，最终达到最佳光催化/电化学性能。目前报道的关于复合结构的文章或专利主要包括金红石/锐钛矿、板钛矿/锐钛矿等复合相，如可通过在管状锐钛矿表面沉积金红石(Y.Luo,X.Y.Liu,J.G.Huang,CrystEngComm,2013,15,5586)，或以TT-2型二氧化钛为前驱体，通过烧结使锐钛矿转化为金红石从而形成异质结结构(T.Ohno,K.Tokieda,S.Higashida,M.Matsumura,Appl.Catal.A-Gen.2003,244,383)。施伟东等人通过溶胶-凝胶法将钛醇盐与氧化石墨烯复合物进行烧结等处理，得到了混相的锐钛矿/金红石混相材料，并将其用于光催化产氢反应(申请号：201410243109.8，公布号：CN 103991903A)。强亮生等人通过低温水浴的方法制备了锐钛矿/金红石异质结结构，并应用于光催化领域(申请号：201210157404.2，公布号：102674450A)。谢宇等人通过水热法制备了球形锐钛矿与棒状板钛矿的异质结材料，并应用于光催化反应(申请号：201510993747.6公布号：CN105540656A)。尽管关于两相复合的异质结材料报道较多，但关于两相以何种比例时存在时其效果最佳却少有报道。