[发明专利]一种花状介孔二氧化钛材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，特别涉及一种花状介孔二氧化钛材料及其制备方法与应用。 

背景技术

能源危机和环境污染已经成为当前社会可持续发展的两大挑战。化石能源属不可再生资源，储量有限，据统计，现有探明地球化石能源储量，按目前的消耗速度，200年后将消耗殆尽。同时，化石能源在开采、使用过程中会产生严重的环境污染等问题。日益严重的资源、能源与环境危机引发全球关注，因而可再生清洁能源(如太阳能、风能等)的开发已成为世界各国共同认可的急切任务。其中，能源的储存是可再生能源发展的关键因素。因此，开发下一代能量存储材料和器件至关重要。 

锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、污染小等优点，被认为是非常理想的动力电池。然而，要把锂离子电池真正用于大型电动设备上，良好的高倍率性能和高的可逆容量以及安全性能是其必备的关键。目前，商业化的锂离子电池采用的负极材料基本都是石墨。但是石墨的电极电位与锂的电位接近，当电池过充时，部分锂离子可能会在石墨电极表面沉积，形成枝晶锂而引发安全问题。此外，锂离子电池在第一次充放电时，会在石墨表面形成固体电解质中间相(SEI膜)，造成较大的不可逆容量损失，而且SEI膜的形成会增加电极/电解液界面阻抗，不利于Li⁺的可逆脱嵌。因此，新型电极材料(如负极材料)的开发成为新一代锂离子电池研发的关键因素。二氧化钛能快速低压嵌锂，具有储量丰富、价格低廉、环境友好、结构稳定、安全性能高等优势。因此，二氧化钛是一种很有前途的锂离子电池负极材料。然而，二氧化钛的电子电导率相对较低且二氧化钛纳米颗粒易团聚等，因而其高倍率性能相对较低。 

二氧化钛作为一种重要的无机半导体材料，具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点，在光电转换、光催化以及光解水等领域受到广泛关注，被认为是最理想的光催化材料之一。然而，二氧化钛本身是宽带隙半导体，只能在紫外光波段激发，无可见光响应，而且光生电子-空穴对容易复合，光催化效率不高，限制了其在光催化领域的应用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种花状介孔二氧化钛材料及其制备方法与应用。该花状介孔二氧化钛能有效提高材料的倍率充放电性能以及光催化活性。 

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为： 

一种花状介孔二氧化钛材料，所述花状介孔二氧化钛尺寸为300～800nm，所述花状结构 是由多个尺寸为1～10nm的纳米棒从内向外自主装而形成，纳米棒之间形成2～8nm的直孔道，晶型为锐钛矿和金红石相两相混合。 

一种花状介孔二氧化钛材料的制备方法，其包括以下步骤： 

1)将模板剂加于稀释剂中，并添加浓盐酸，搅拌均匀； 

2)向上述溶液中加入钛源，搅拌3-16小时，所述钛源和稀释剂的体积比为1:2～1:10，所述钛源中的钛元素和模板剂的物质的量之比为1:0.001-1:0.01； 

3)将溶液置于40～80℃，相对湿度60％以上的条件下放置12h-24h，再于80-90℃晶化6～12小时； 

4)样品经回流去除表面活性剂，干燥，即可得到花状介孔二氧化钛。 

上述方案中，所述稀释剂为无水甲醇、无水乙醇或无水丙醇，优选无水乙醇。 

上述方案中，所述钛源为钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯、四氯化钛或钛酸四丁酯中的一种或两种以上的混合物，优选钛酸四异丙酯。 

上述方案中，所述浓盐酸和稀释剂的体积比为1-5:20。 

上述方案中，所述模板剂为P123。所述模板剂的物质的量按模板剂的平均分子量来计。本发明所选用的模板剂的平均分子量为5800。 

所述的花状介孔二氧化钛材料在锂离子电池负极材料中的应用。 

所述的花状介孔二氧化钛材料在光催化材料中的应用。 

所述的花状介孔二氧化钛材料在光解水中的应用。。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 

1.花状介孔二氧化钛制备过程简单，反应温度低，工艺条件不苛刻，可实现大规模工业化生产。 

2.在酸性条件下，利用常见的模板剂，制备花状介孔二氧化钛材料。