[发明专利]一种含钴层状钛酸钾板状粒子及其水热制备方法

说明书

本发明公开了一种含钴层状钛酸钾板状粒子及其水热制备方法，属于材料制备领域。将TiO₂和Co(NO₃)₂·6H₂O加入到KOH水溶液中，搅拌使原料混合均匀，进行水热反应，反应结束后，经过滤、洗涤、干燥，得到含钴层状钛酸钾板状粒子。该板状粒子的组成表达式为K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄，其长度为1～2μm，厚度为100～200nm。相比传统固相法与熔盐法，本发明技术制备的层状K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄板状粒子粒径小、纯度高、形貌和微观结构可控，并且其制备工艺简单，能耗低，重复性高，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种含钴层状钛酸钾板状粒子及其水热制备方法。

背景技术

层状钛酸盐是一种典型的层状化合物，具有良好的光催化性、电化学性、和离子交换性能等，并且可通过掺杂、层间柱撑等修饰手段对其进行分子水平的设计、剪裁和组装，提高材料的光催化活性和电化学性能，具有重要的潜在应用价值。

层状钛酸盐作为电池活性材料和光催化材料，其性能在很大程度上由其微观形貌、粒径以及比表面积所决定。目前，含钴层状钛酸钾(K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄)的制备方法主要是固相法与熔盐法。Li B W,Osada等人[Advanced Materials,2006,18(3):295-299]通过固相反应法，将K₂CO₃，TiO₂和CoO以一定的摩尔比均匀混合，在1100℃高温下反应24h制备出层状的K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄；这种方法制备出的层状的K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄具有粒径大、粒径分布宽(长度约为5～50μm，厚度为2～5μm)且纯度低。此外，这些方法都存在工艺复杂，能耗高、反应周期长等缺点，不利于工业化生产。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种含钴层状钛酸钾板状粒子及其水热制备方法，该方法反应条件温和，操作简单，重复性高，由该方法制的含钴层状钛酸钾粒子的粒径小、纯度高、形貌和微观结构可控。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明公开了一种含钴层状钛酸钾板状粒子的水热制备方法，将TiO₂和Co(NO₃)₂·6H₂O加入到KOH水溶液中，充分搅拌均匀，进行水热反应，反应结束后，经过滤、洗涤、干燥，得到含钴层状钛酸钾板状粒子。

优选地，所述TiO₂、Co(NO₃)₂·6H₂O及KOH水溶液的用量比为5g：6.07g：(15～100)mL。

优选地，所述的KOH水溶液的质量浓度为3～10mol/L。

优选地，所述的水热反应温度为150～300℃。

优选地，所述的水热反应时间为4～24h。

优选地，所述洗涤是用水洗涤，干燥是在50～80℃下进行。

本发明还公开了采用上述的水热制备方法制得的含钴层状钛酸钾板状粒子，含钴层状钛酸钾板状粒子的组成表达式为K_0.8Co_0.4Ti_1.6O₄。