[发明专利]一种TiO2@Fe2O3分层多级复合纳米阵列材料及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂@Fe₂O₃分层多级复合纳米阵列材料及其制备方法、在锂离子电池负极材料方面的应用，属于能源领域。 

背景技术

TiO₂作为一种环境友好并且合成方便的产品不仅在化妆品，陶瓷，光催化等方面有广泛的应用，在锂离子电池负极材料方面也存在潜在的应用价值。近年来，关于一维结构的TiO₂纳米线，纳米棒，纳米管的制备并且作为锂离子电池负极材料的研究越来越多，并且都体现出了优异的电化学性能，然而关于二维结构TiO₂纳米片的研究却相对较少，TiO₂纳米片相对于一维的纳米结构具有更高的比表面积，并且在负极材料的研究方面也体现出了稳定的电化学性能。（Shaohua Liu et al.Adv.Mater.2012,24,3201-3204；Jun Song Chen et al.Mater.Today.2012,15,246-254.）但是，由于TiO₂理论容量（335mAh g^-1）相对于其它金属氧化物（700～1000mAh g^-1）仍然偏低，严重阻碍了该纳米材料在锂离子电池领域的商业化应用。α-Fe₂O₃因为其较高的理论容量（1007mAh g^-1）和低廉的价格并且对环境无污染，一直是下一代锂离子电池负极材料的热点研究对象之一，然而其充放电过程中产生的巨大形变严重影响了其电化学性能，导致其电化学性能不稳定如循环性能差等。本发明第一次制备出了TiO₂纳米片阵列上沉积Fe₂O₃纳米棒的分层多级复合纳米阵列材料。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种TiO₂@Fe₂O₃分层多级复合纳米阵列材料及其制备方法，将TiO₂纳米片同α-Fe₂O₃纳米棒结合起来，得到有较好的电化学性能的负极材料。 

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为： 

一种TiO₂@Fe₂O₃分层多级复合纳米阵列材料，是一种分层多级结构，由α-Fe₂O₃纳米棒沉积在二维TiO₂纳米片表面所形成，所述TiO₂纳米片由直径5～20nm的TiO₂纳米颗粒堆积而成的；所述α-Fe₂O₃纳米棒长度为100～500nm，直径为10～25nm，所述TiO₂纳米片为卷曲的片状结构，尺寸为0.3～2μm,厚度为20～50nm。 

上述TiO₂@Fe₂O₃分层多级复合纳米阵列材料的制备方法，将TiO₂纳米片置于可溶性铁盐和Na₂SO₄的混合溶液中进行水热反应，继而经过高温煅烧制备得到TiO₂@Fe₂O₃分层多级复合纳米阵列材料。 

按上述方案，所述可溶性铁盐溶液中的铁离子浓度为5～35mmol/L，Na₂SO₄浓度为5～50mmol/L。 

按上述方案，所述可溶性铁盐溶液中的铁离子浓度优选为10～20mmol/L，最优选18.6mmol/L，Na₂SO₄浓度,优选为15～40mml/L，最优选为35.2mmol/L。 

按上述方案，所述铁盐可以选自FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Fe(NO₃)₃等中一种或几种按任意比例混合的混合物。 

按上述方案，所述水热反应的温度为100～150℃，水热反应的时间为4～12小时，水热反应中TiO₂纳米片作为衬底与水热釜底部呈30～60°夹角。