[发明专利]一种原位合成TiO2介晶‑碳‑石墨烯纳米复合材料的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料，具体涉及一种原位合成TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料的方法及其应用。

背景技术

锂离子电池（LIBs）由于具有高容量、高电压和循环寿命长等显著优点而被广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。但是随着锂离子电池的不断普及，锂（碳酸锂）的价格不断上升，且锂资源在地球中的储量也较少, 分布不均，难以开采。钠元素相比于锂而言，储量更丰富，价格低廉且来源广泛，因而钠离子电池近年来得到广泛的关注，未来在储能领域的大规模应用上具有比LIBs更好的应用前景。当前，钠离子电池因缺乏匹配合适的负极材料而制约其实际应用，开发性能优异的钠离子电池负极材料是当前该领域的研究热点和重点。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种原位合成TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料的方法及其应用，该纳米复合材料具有优异的导电性和良好的韧性，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成，此产品还能推广至其他能源和催化等领域的应用。

为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种原位合成TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料的方法，具体包括以下步骤：

（1）将0.2-0.8 g的聚乙烯吡咯烷酮分散溶解在35-60 mL 1.5-2.5 mol/L硝酸溶液中，搅拌5-10分钟；

（2）在步骤（1）制得的溶液中加入20-40 mg的氧化石墨烯，边超声边搅拌30-50 min；

（3）在步骤（2）制得的溶液中加入1.5-2.5 g的十六烷基硫酸钠，搅拌分散溶解；

（4）在步骤（3）制得的溶液中滴加0.7-1.5 mL钛酸异丙酯,在60-90℃下反应30-60 h；

（5）将步骤（4）的反应体系经离心、洗涤得到灰白色固体，将固体经500-700 ℃退火碳化得到所述的TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料。

一种原位合成TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料的方法制得的TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料。

TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料在钠离子电池组装中的应用。

所述钠离子电池的正极是，将TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料：聚偏氟乙烯：乙炔黑重量比为80-85：5-10：10-15，混合研磨后均匀地涂在1.2 cm²的铜片上做正极；负极为金属钠；电解质是1M NaClO₄的EC+DEC (EC/ DEC=1/1 v/v) 溶液。

所述电池组装在氩气保护下手套箱里进行，氧气和水分含量均低于1ppm。

本发明的作用原理是：

本发明在两种表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基磺酸钠（SDS）的共同作用下，原位自组装合成TiO₂介晶-碳-石墨烯纳米复合材料，并将其用作钠离子电池负极材料，表现出优异的储钠性能。本方法巧妙利用参与自组装过程的表面活性剂用作碳源，将碳均匀地包覆在TiO₂介晶上，同时原位生长在石墨烯上，最终实现碳与石墨烯共包覆TiO₂介晶，使这个纳米复合材料具有优异的导电性和良好的韧性。