[发明专利]Ca2+

说明书

本发明涉及导电复合材料中Ca²⁺掺杂纳米阵列针状二氧化钛/石墨烯纳米复合导电材料的制备方法，按如下步骤实施：（1）取金红石型二氧化钛，加入到氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液中，搅拌，调节分散液pH，进行水热反应，冷却；（2）反应结束后，经清洗，干燥，煅烧及冷却后研磨过筛；（3）称取石墨烯，以醇溶液为溶剂进行超声分散；加入Ca²⁺溶液；（4）取二氧化钛溶于三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵的混合溶液中搅拌，在搅拌过程中向石墨烯的醇溶液中滴加二氧化钛分散液后继续搅拌；（5）将混合液移入研磨罐中进行物料研磨，抽滤，喷雾干燥。本发明目的产物结构稳定，电子迁移率高，导电性好，颜色浅，水溶性理想。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，具体涉及导电复合材料中Ca²⁺掺杂纳米阵列针状二氧化钛/石墨烯纳米复合导电材料的制备方法。

背景技术

二氧化钛因其价格低，来源广，无毒无污染，比表面积大，结构稳定，白度高等优点，在材料领域中备受关注，例如光催化处理污染物，锂离子电池，染料敏化太阳能电池等。二氧化钛的独特的空穴结构有利于锂离子的迅速迁移，在电化学领域备受关注，但是其自身导电性差，限制了其在该领域里的应用。对此，将二氧化钛进行表面修饰以拓展在电化学领域的应用的研究显得尤为重要。

石墨烯作为一种的新型的碳系材料，具有比表面积大(理论可达2630 m²/g)、导电性好，电子迁移率高(室温电子迁移率达15000 cm²/(V·s))等优点，近年来在电化学领域的研究较为广泛[李苗苗，张东.基于石墨烯和高分子乳液的应变传感薄膜材料的研究[J].功能材料，2017，48(6):6149-6153]，且石墨烯材料的结构性能稳定，通常被选作为材料研究领域中复合材料的载体。研究者将TiO₂与石墨烯进行复合制备的材料有以下优点，既可以利用石墨烯的片层结构保证二氧化钛与石墨烯的良好接触，又可以充分利用石墨烯良好的电子传输性能加快二氧化钛的电子空穴的分离，增强TiO₂的导电性。因此，利用石墨烯优异的导电性能制备导电二氧化钛复合材料具有广阔的市场前景和重要的现实意义。

目前，将二氧化钛与石墨烯复合的现有方法包括以下几种。

如2017年12月29日公布的公布号为CN107522859A的“一种石墨烯复合材料及其制备方法的专利，公开的方法为：先以凝胶-溶胶法制备聚苯胺/二氧化钛复合物，再将石墨烯粉末放入到醇溶液中进行超声分散处理；接着将聚苯胺/二氧化钛与石墨稀醇溶液混合搅拌5 h，并经清洗、干燥而制得聚苯胺/二氧化钛/石墨烯复合材料；但该方法的主要缺点在于：制备聚苯胺/二氧化钛/石墨烯的操作时间较长，且复合不稳定。

中国专利CN104805323A公开的石墨烯/钛复合材料及其制备方法步骤如下：先将氧化石墨烯加入水中，混合并进行超声分散；再将去除表面氧化膜的钛粉加入到氧化石墨烯分散液中，混合均匀并进行超声分散，然后进行球磨，接着冷冻干燥，最后将所得混合粉末研磨、烧结，冷却得到石墨烯/钛复合材料。但该发明制备的石墨烯/钛复合材料的分散性较差，且复合不紧密，石墨烯存在缺陷致使导电性能差。

还有一种方法是以石墨烯为基体、水热法制备石墨烯/二氧化钛复合物，虽然具有较好的电化学性能，但二氧化钛易于团聚于石墨烯表面，且颜色较深。因此，使用何种方法制备导电性能优异的二氧化钛/石墨烯复合材料是目前科研人员的在研究的热点。在此，我们将实验方法改进，以制备出颜色浅导电性能优良的二氧化钛/石墨烯复合材料。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种操作简单，成本低，目的产物结构稳定，电子迁移率高，导电性好，颜色浅，水溶性理想的Ca²⁺掺杂纳米阵列针状二氧化钛/石墨烯纳米复合导电材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。