[发明专利]一种碳包覆TiO2

说明书

本发明公开了一种碳包覆TiO₂纳米管材料的制备方法，属于纳米复合材料技术领域。本发明是以高锰酸钾和氟化铵为原材料，采用水热法先制备MnO₂纳米线模板材料，再通过钛酸异丙酯水解法在MnO₂纳米线表面包覆纳米TiO₂，通过多巴胺聚合碳化法再进一步包覆碳，最后通过硫代硫酸钠在酸性环境下与MnO₂的化学反应去除MnO₂模板，获得碳包覆TiO₂纳米管材料。本发明所提供的一种碳包覆TiO₂纳米管材料的模板制备法，合成工艺简单，反应条件温和，成本较低，纳米管结构稳定可调，适合大规模合成。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种碳包覆TiO₂纳米管材料的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂是一种重要的无机功能材料，具有无毒、气敏、湿敏、介电效应、光电转换、光致变色及催化活性高、氧化能力强、稳定性好等优点，广泛用于各种功能场合，如气敏和湿敏元件、光解水制氢、光催化降解有机污染物、染料敏化太阳能电池、生物传感器。在新能源材料领域，纳米TiO₂同样具有重要的应用价值，可用于锂硫电池、锂离子电池和超级电容器。在锂硫电池领域，TiO₂作为捕捉多硫化锂的材料可显著提高硫正极的循环稳定性，在锂离子电池和超级电容器，TiO₂可以直接作为活性材料参与电化学储能反应。

与其他纳米结构相比，TiO₂纳米管具有更大的比表面积，这对于TiO₂的功能应用具有重要意义，例如在气敏和湿敏器件领域纳米管结构能提高TiO₂对检测物的响应能力，在光催化降解有机污染物领域纳米管结构可显著加强TiO₂的降解能力，作为锂离子电池和超级电容器电极材料纳米管结构可有效提高TiO₂的电化学活性和充放电性能。

TiO₂纳米管的制备方法主要有3种，即阳极氧化法、水热合成法、模板合成法。阳极氧化法是采用电化学法，以高纯Ti片作为工作阳极，在含氟电解质溶液内经阳极氧化得到TiO₂纳米管阵列。如公开号为CN104894627A的中国专利文献公开了一种负载二硫化钼的二氧化钛纳米管及其合成方法，其中TiO₂纳米管是采用阳极氧化法制备的。阳极氧化法主要用于制备TiO₂纳米管阵列材料，不适合制备TiO₂纳米管粉体材料。并且阳极氧化法需高纯Ti片，成本较高，不适合大规模制备。水热法是利用水作为反应介质，通常是将纳米TiO₂（如P25型）与高浓度NaOH溶液（10 mol L^-1）混合均匀进行水热反应，再经过酸洗和高温煅烧得到TiO₂纳米管。如公开号为CN105271388A的中国专利文献公开了一种高比表面积超长TiO₂纳米管的制备方法，就是采用纳米TiO₂浓碱水热法制备的。水热合成法可以合成TiO₂纳米管材料，但纳米管内管径过于细小，管内壁利用效率极低，且需使用高浓度的碱溶液，需多步处理才能得到TiO₂纳米管，工序较复杂。