[发明专利]氢化二氧化钛修饰核壳结构碳包覆多孔四氧化三铁和氧化镍的制备方法和应用

说明书

本发明公开了金属纳米材料技术领域一种氢化二氧化钛修饰核壳结构多孔四氧化三铁和氧化镍的制备方法，包括：将铁盐、镍盐、尿素、葡萄糖以及表面活性剂加入醇/水体系中，搅拌、澄清、水热后得到复合材料；煅烧得到复合材料；加入无水乙醇与去离子水混合溶液，搅拌后加入氨水，甲醛以及间苯二酚，搅拌得到混合溶液，进行水热反应得到复合材料；加入无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液，加入钛酸四丁酯，水浴得到复合材料；加入到氢氧化钠溶液中，搅拌加入盐酸溶液，搅拌后过滤得到固体；置于管式炉中，煅烧得到氢化二氧化钛修饰的核壳四氧化三铁/氧化镍复合材料，本发明制得的复合材料具有形貌规则、均一度好以及高电化学性能等特点。

技术领域

本发明涉及二元过渡金属纳米材料技术领域，特别涉及一种氢化二氧化钛修饰的核壳四氧化三铁和氧化镍的制备方法和应用。

背景技术

目前，过渡金属氧化物的种类多样化，与石墨和钛基材料的脱嵌机制相比，过渡金属氧化物为基底的负极材料具有更高的理论比容量，被研究者们认为是一种理想的锂离子电池负极材料。但是由于过渡金属氧化物的自身缺陷，比如在氧化还原过程中脱嵌锂离子时过渡金属氧化物发生膨胀，体积变大，容易导致活性材料从电极脱落，粉化，使得电池容量迅速衰减，循环稳定性变差。这样的问题严重阻碍了过渡金属氧化物在锂离子电池的应用。二氧化钛和碳基材料常常被用作辅助材料来改性材料表面的稳定性以及弥补材料本身未具备的性质，从而获得新型的含二氧化钛和碳基元素的纳米复合材料，使其在电子、电池、催化剂、生物医学、电波等方面有广阔的应用前景。

然而目前通常采用单一的二氧化钛或碳基材料对过渡金属氧化物进行包覆时，二氧化钛本身的导电性能较差；单层碳包覆不能长久有效的抑制F过渡金属氧化物在电池循环过程中的体积膨胀，且碳包覆过程通常需要较高温度，不符合绿色化学要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种氢化二氧化钛修饰核壳结构碳包覆多孔四氧化三铁和氧化镍的制备方法，制得的复合材料具有形貌规则、均一度好以及高电化学性能等特点。

本发明的目的是这样实现的：一种氢化二氧化钛修饰核壳结构碳包覆多孔四氧化三铁和氧化镍（H-TiO₂/C/Fe₃O₄/NiO）的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铁盐、镍盐、尿素、葡萄糖以及表面活性剂加入醇/水体系中，搅拌得到澄清混合液A，随后转移至反应釜中进行水热反应得到四氧化三铁/碳酸氢镍复合材料；

S2、将四氧化三铁/碳酸氢镍复合材料置于管式炉中氧/氮气氛围下煅烧得到多孔结构四氧化三铁/氧化镍复合材料；

S3、将多孔结构四氧化三铁/氧化镍复合材料加入无水乙醇与去离子水混合溶液中，搅拌使其分散均匀；随后加入氨水，甲醛以及间苯二酚，搅拌得到混合溶液B；

S4、将混合溶液B转移至反应釜中进行水热反应得到核壳结构碳包覆四氧化三铁/氧化镍复合材料；

S5、将核壳结构碳包覆四氧化三铁/氧化镍复合材料加入无水乙醇溶液中，搅拌得到混合溶液C，随后加入钛酸四丁酯，水浴搅拌得到二氧化钛包覆的核壳结构碳包覆四氧化三铁/氧化镍复合材料；

S6、二氧化钛包覆的核壳结构碳包覆四氧化三铁/氧化镍复合材料加入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后缓慢加入盐酸溶液直至无气泡产生，搅拌后过滤得到固体D；

S7、将固体D置于管式炉中，使用氢氩气氛进行煅烧得到氢化二氧化钛修饰的核壳四氧化三铁/氧化镍复合材料。

作为本发明的进一步限定，所述铁盐为三氯化铁、六水合氯化铁或硫酸亚铁，镍盐为氯化镍、氢氧化亚镍，表面活性剂为聚乙二醇-400、聚乙二醇-1500或聚乙二醇2000。

作为本发明的进一步限定，所述铁盐、镍盐、尿素、葡萄糖、表面活性剂的质量比为2:2:8:8:1。