[发明专利]高纯相亚氧化钛的可控合成方法

说明书

本发明提供了一种高纯相亚氧化钛的可控合成方法，高纯相亚氧化钛包括高纯相Ti₃O₅和高纯相Ti₄O₇，以偏钛酸为前驱体，将偏钛酸前驱体与还原剂置于同一密闭的反应器中煅烧，且所述偏钛酸前驱体与所述还原剂之间设有距离，向反应器内通入氩气，先于第一温度700～800℃下保温2～4h，再于第二温度800～1050℃下保温1～10h，即得到高纯相亚氧化钛。本发明采用前驱体与还原剂不接触的方法进行还原，通过偏钛酸在高温条件下钛氧键会断裂，生成高纯相亚氧化钛，同时会有氧和水蒸气溢出，水蒸气和氧在气流的作用下，会和旁边的还原剂发生反应，从而避免了因前驱体与还原剂混合反应，而出现产物与还原剂无法有效分离的问题。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及高纯相亚氧化钛的可控合成方法。

背景技术

Magnéli相氧化钛，又称亚氧化钛，是一系列非化学计量氧化钛的统称，具有通式Ti_nO_2n-1。其基于金红石型TiO₂晶格结构，每n层失去一个氧原子，八面体的二维链成面共用，形成有序的平面氧缺陷。亚氧化钛具有很高的导电性和化学稳定性，在可见光和紫外光全部范围内，具有优越的光吸收特性等物理化学性质，这使其在电极材料、燃料电池、锂电池、催化剂/催化剂载体、光电化学等领域具有广泛的应用前景，已成为国内外功能材料研究的热点。

目前，亚氧化钛的制备均是在以TiO₂为前驱物，采用氢气、炭黑、金属钛或一氧化碳等还原剂在无氧的气氛下，通过热还原法获得。但这些制备方法往往反应温度较高，如氢气还原TiO₂制备Magnéli相，其制备温度需达到1200℃以上，这导致整个制备过程对设备要求严格，成本较高，且能耗大，晶体结构难以调控的特点，难以实现大规模生产。

申请号为201710131497.4的中国专利公开了用活泼金属作为还原剂，将金属和二氧化钛前驱物均匀混合后，在550～800℃和真空烧结条件下制备亚氧化钛。虽然这种方法的实验温度有一定程度的降低，但金属粉末和氧化钛混合反应后，产物和还原剂不能有效地分离，不能制备出高纯的Magnéli相，使制备工艺变得复杂；而且使用的活泼金属Mg、Sn等比较贵重，使产业化的生产难以实现。

发明内容

针对现有技术中存在的制备温度高，产物和还原剂无法有效分离的问题，本发明提供一种高纯相亚氧化钛的可控合成方法，该制备方法的反应温度低，将还原剂与前驱物分开还原，避免了产物与还原剂无法有效分离的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高纯相亚氧化钛的可控合成方法，所述高纯相亚氧化钛包括高纯相Ti₃O₅和高纯相Ti₄O₇，以偏钛酸为前驱体，将偏钛酸前驱体与还原剂置于同一密闭的反应器中煅烧，且所述偏钛酸前驱体与所述还原剂之间设有距离，向反应器内通入氩气，先于第一温度700～800℃下保温2～4h，再于第二温度800～1050℃下保温1～10h，即可得到高纯相亚氧化钛。

进一步，先于第一温度700～800℃下保温2～4h，再于第二温度800～950℃下保温1～3h，即可得到高纯相Ti₃O₅；先于第一温度700～800℃下保温2～4h，再于第二温度950～1050℃下保温6～10h，即可得到高纯相Ti₄O₇。

进一步，所述偏钛酸前驱体的制备方法为：

(1)将钛白粉溶于3～10M碱性溶液中，搅拌3～6h形成均一的胶体，并置于120～200℃温度下，反应3～24h，过滤，得到沉淀物；

(2)对上述沉淀物进行水洗，直至溶液的pH值为7；