[发明专利]金红石型TiO2纳米棒氧化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种金红石型TiO₂纳米棒氧化石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种呈蜂巢晶格结构的二维单层碳原子，在实验和理论科学领域已经引起了巨大的关注。而氧化石墨烯(GO)作为石墨烯的一个衍生物，它不仅拥有独特的电、热、机械性能，同时具有丰富的含氧官能团、亲水性以及可控的电子性能等优点，在先进材料的制备中已引起广泛的研究兴趣。

近年来能源危机的出现，探索新型能源材料是亟待解决的问题。碳材料由于导电性好、表面积大、高的化学稳定性，且碳网络能对电子转移提供有效地路径等优点，是一种优良的电化学材料。然而，石墨电极有它的缺点之处：电路易于断开、结构易变形以及初始容量有损失等。为了避免这些缺点，将无机纳米粒子与GO复合可能是一种有效地解决方式。如Wu等人在Journal of materials chemistry 22(2012)2442–2448上报道了通过电泳沉积和热处理过程合成了NiO/GO复合物,将其应用于超级电容器的研究，其比容量达到569F g^-1。Chen等人在ACS Nano 4(2010)2822–2830上报道了在水和异丙醇体系中，通过简单地溶液处理方法制备了GO-MnO₂纳米复合物，并将其应用于超级电容器的研究，其比容量达到197.2F g^-1。然而TiO₂与GO的复合至今很少报道，特别是应用在电化学领域中，因此研究两者复合开拓了他们新的应用领域。

目前，二氧化钛/GO复合材料的制备方法主要有自组装、超声和原位沉积等方法。例如，Chen等利用自组装法以TiCl₃和GO作为反应物，成功制备了具有异质结构的GO/TiO₂纳米复合物(ACS Nano 2010,46425–6432)。Gao等在超声条件下混合GO和TiO₂微球，制备了不同质量比的GO/TiO₂复合微球(GO和TiO₂质量比分别为1:100,3:100,7:100, 11:100)(Chemistry-an asian journal 2013,8,2779–2786)。

自组装法具有温度低、操作简单、形貌易于控制等优点,而被人们广泛应用。目前用自组装方法来制备TiO₂/GO复合物存在以下问题：TiO₂易于聚集，且分散性不好；复合过程中GO片易于破碎。

公布号为CN 102423702A(申请号201110456027.8)的中国专利文献公开了一种氧化石墨烯/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法，是将聚乙二醇、冰醋酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇中配成混合液，然后将GO的水悬浮液加入混合液中，室温下匀速搅拌，干燥后煅烧得到GO/二氧化钛复合光催化剂。该专利存在以下的特点：采用一步合成法，即在TiO₂/GO复合物合成的同时，伴随着TiO₂形貌的产生，一步法合成的复合物存在TiO₂和GO的比例不易控制，并且GO片上负载的TiO₂形貌不易于控制或改变的缺点；该方法合成的机构为二氧化钛分布于氧化石墨烯材料的上下表面及边缘区域；合成的晶型为锐钛矿型；反应时间为1-5天，时间较长；该制备方法需要在惰性气体保护下于400℃～450℃煅烧0.5～3小时，耗能高；该方法制备的材料仅能用于光催化。

申请公布号CN 102492313B(申请号201110371024.4)的中国专利文献公开了一种二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米片材料及其制备方法，二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米片的结构层包括氧化石墨烯层、及位于该氧化石墨烯层上下两侧的二氧化钛层。该专利存在以下的特点：采用一步合成法；制得的材料为三明治结构；合成的晶型为锐钛矿型；反应需要在20-60℃条件下完成；该制备方法需要在惰性气体保护下于400℃～450℃煅烧 0.5～3小时，耗能高；该方法制备的材料仅能用于光催化。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种金红石型TiO₂纳米棒氧化石墨烯复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金红石型TiO₂纳米棒氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：