[发明专利]一种氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构及制备方法

说明书

本发明提供一种氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构及制备方法，将TiOsubgt;2/subgt;/海藻酸锌胶体在氩气气氛下，在400～600℃煅烧0.2～4h，得到TiOsubgt;2/subgt;/C多孔结构；将TiOsubgt;2/subgt;/C多孔结构与NHsubgt;4/subgt;Cl混合研磨均匀，然后在氩气气氛下，在300～500℃煅烧0.2～4h煅烧，获得氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构。本发明通过构建多孔结构增加了比表面积，有利于后续的Cl掺杂过程，最终实现了Cl在TiOsubgt;2/subgt;/C多孔结构中均匀、高比例的掺杂；本发明制备的Cl掺杂TiOsubgt;2/subgt;/C多孔结构原材料绿色无毒、价格低廉，在保证安全环保的前提下提高了电池性能，降低了生产成本，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种氯(Cl)掺杂二氧化钛/碳(TiO₂/C)多孔结构及制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)材料因其廉价、无污染、结构稳定、生物相容性好等优势，在光催化、太阳能电池、燃料电池、光电转化及锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等领域有着广泛的应用。作为钠离子电池的负极材料时，TiO₂的理论容量高达335mAh g^-1，并且由于其化学性质极其稳定，充放电过程中的体积膨胀小，展现了良好的循环稳定性，是一类极具研究价值的电极材料。

然而TiO₂由于钠离子嵌入困难、导电性差等问题，在钠离子电池中展现的实际容量并不高。制备多孔结构可以增加TiO₂与电解液的接触面积，有利于提升电池性能。进一步利用元素掺杂可以改变TiO₂的晶格排布和元素组分，获得更多的储钠位点，并改善TiO₂的导电性，使改性后的材料展现出优异的储钠性能。然而，由于TiO₂化学性质十分稳定，目前的方法难以实现重度掺杂(Adv.Mater.,2016,2259–2265；Adv.Mater.,2018,1704337)，对实际容量的提升有限。另外，TiO₂的元素掺杂通常需要额外的处理或在极端的条件下进行(Adv.Mater.,2018,1801013；Angew.Chem.Int.Ed.,2019,4022–4026)，不适合大规模的生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构及制备方法，以解决现有技术中操作难度大、安全隐患高、掺杂比例较低等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、将TiO₂、柠檬酸、海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀后，逐滴滴入硝酸锌溶液中，经冷冻干燥后，获得TiO₂/海藻酸锌胶体；

将TiO₂/海藻酸锌胶体在氩气气氛下，在400～600℃煅烧0.2～4h，得到TiO₂/C多孔结构；

步骤2)、将TiO₂/C多孔结构与NH₄Cl混合研磨均匀，然后在氩气气氛下，在300～500℃煅烧0.2～4h，获得氯掺杂二氧化钛/碳多孔结构。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，TiO₂、柠檬酸、海藻酸钠的比为400～700mg：20～200mg：0.5～1.5g。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，TiO₂与去离子水的比为400～700mg：50mL。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，TiO₂与硝酸锌溶液的比为400～700mg：50mL，其中，硝酸锌溶液的浓度为1mol/L。