[发明专利]一种氮磷共掺杂二氧化钛及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮磷共掺杂二氧化钛及其制备方法和应用，该氮磷共掺杂二氧化钛以天然银杏叶为氮源和磷源，以含钛前驱体为钛源，其制备方法包括以下步骤：(1)银杏叶酸化；(2)酸化后的银杏叶磨粉、过筛，得到银杏叶粉末；(3)按质量体积比，将银杏叶粉末与含钛前驱体溶液混合、干燥、煅烧；该氮磷共掺杂二氧化钛作为工作电极材料应用在电化学储能中。与现有技术相比，本发明采用银杏叶作为原料、制备方法简单、原料廉价环保，适合大规模商业化生产。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种氮磷共掺杂二氧化钛及其制备方法和应用。

背景技术

目前能源消耗主要来源化石燃料。随着人类社会的发展和工业的急速增长，化石燃料的损耗也在急剧增加。过度的消耗将造成能源枯竭，并引发一系列的环境问题，比如温室效应、酸雨和工业污染等。面对这些能源和环境问题，发展环境友好、清洁、安全和稳定的能源技术是研究人员目前亟待解决的科学问题。开发与之相关的具有高能量密度、高功率密度、长寿命的电化学储能器件成为目前重中之重。而新型储能电极材料是保持储能器件高能量、高功率和长寿命的关键。

二氧化钛(TiO₂)，因其相对优异的倍率性能、充足的钠离子容纳位点、极小的体积膨胀(约为4％)、适宜的插入电位(约为0.7V vs.Na/Na⁺)、理论容量高(335mAh g^-1)、优良的化学稳定性和丰富的晶型而受到极大关注，被广大研究者尝试应用于电化学储能领域。相比于一些导电聚合物、碳材料等电极材料，TiO₂的导电性往往比较低。为了提高TiO₂的导电性，众多研究者常常把杂原子引入TiO₂材料中，并且大量研究结果表明该方法行之有效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用银杏叶作为原料、制备方法简单、原料廉价环保，适合大规模商业化生产的氮磷共掺杂二氧化钛及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

发明人了解到，生物质，作为一种价格低廉、来源广泛且可再生的资源。可以选择银杏叶当作掺杂TiO₂的氮源和磷源，这样不仅解决了废弃银杏叶对环境造成影响的问题，还变废为宝，提高经济效益。

因此，本申请拟探索出一种合适的以银杏叶为原料制备氮磷共掺杂TiO₂的方法，并将其用于电化学储能领域，使其具有广阔的市场应用前景，提出以下具体方案：

一种氮磷共掺杂二氧化钛，该氮磷共掺杂二氧化钛以天然银杏叶为氮源和磷源，以含钛前驱体为钛源。

进一步地，所述的银杏叶与含钛前驱体溶液的质量体积比为(1-3)g:(20-40)ml。

进一步地，含钛前驱体醇溶液(如甲醇、乙醇等)的前驱体浓度为(1-6)mol/L。

进一步地，所述的含钛前驱体包括三氯化钛、四氯化钛、硫酸钛、偏钛酸或钛酸丁酯中的一种或几种。

一种如上所述的氮磷共掺杂二氧化钛的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)银杏叶酸化；

(2)酸化后的银杏叶磨粉、过筛，得到银杏叶粉末；

(3)按质量体积比，将银杏叶粉末与含钛前驱体溶液混合、干燥、煅烧后，得到氮磷共掺杂二氧化钛。

进一步地，步骤(1)的具体方法为：将银杏叶先用稀盐酸浸泡1-20h，再用去离子水洗涤3-5次，取出干燥备用。

进一步地，步骤(3)的具体步骤为：

(3-1)按质量体积比，将银杏叶粉末放入含钛前驱体溶液中，浸泡；