一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法及其應用的製作方法

2023-07-03 06:40:31

一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法及其應用，涉及新型超電容材料領域。所述製備方法，包括如下步驟：將鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水混合，放入高壓反應釜中；將所述高壓反應釜密封，在170℃-190℃保持47-49小時，冷卻至室溫；取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，洗滌、乾燥後得到盤狀中空二氧化鈦。本發明簡單，環保，得到的盤狀中空二氧化鈦具有較高的電容量和良好的可逆性，實驗測試表明，其電容量達150~250F/g,300次循環後具有良好可逆性，因此，作為儲能元件有很長的壽命，有望成為用途廣泛的超電容材料。
【專利說明】一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及新型超電容材料領域，具體涉及一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]能源是社會發展的重要支柱，尤其清潔能源和可再生能源對於社會的可持續發展十分重要。超電容材料因其高能量密度、高功率密度和長壽命等特點，使其成為清潔能源中重要的部分。
[0003]超級電容器電極材料主要包括金屬化合物、碳材料和有機導電聚合物等，金屬化合物和有機導電聚合物貯能原理主要基於電極上發生的氧化還原反應，而炭材料主要利用電極表面的雙電層所產生的電容。現有技術中的電容材料比容量不夠高，成本較高，因此超電容材料在實際應用中還未得到廣泛的推廣，探究尋找新的超電容材料也是當前解決困難的重要方向。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法，該方法簡單、環保、成本低。
[0005]本發明的另一目的是提供所述盤狀中空二氧化鈦，具有較高比容量值、良好的可逆性，作為儲能元件有很長的壽命，有望成為超級電容器電極材料。
[0006]本發明的再一目的是提供所述盤狀中空二氧化鈦在製作超級電容器電極方面的應用。
[0007]一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法，包括如下步驟:將鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水混合，放入高壓反應釜中；將所述高壓反應釜密封，在170°C _190°C保持47-49小時，冷卻至室溫；取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，洗滌、乾燥後得到盤狀中空二氧化鈦。
[0008]鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水的質量比為(1.5~2):(0.5、.6):(30.00-30.10):(1.5~2.0)。
[0009]所述洗滌方法為:用去離子水和無水乙醇交替清洗。
[0010]所述乾燥方法為:烘乾溫度為50-70°C，烘乾時間為10-14小時。
[0011]本發明還提供所述方法製備的盤狀中空二氧化鈦。
[0012]本發明還提供所述盤狀中空二氧化鈦在製作超級電容器電極方面的應用。
[0013]本發明提供一種新型盤狀中空二氧化鈦超電容材料，其具有較高的電容量和良好的可逆性，實驗測試表明，其電容量達15(T250F/g，300次循環後具有良好可逆性，因此，作為儲能元件有很長的壽命，有望成為用途廣泛的超電容材料.本發明的所述的二氧化鈦，經過水熱反應即可得到，方法簡單，環保。比價格昂貴的二氧化釕更有可能實現大批量製備。採用循環伏安法，恆流充放電法，交流阻抗法，測試了電化學性質。其具有較高比容量值、良好的可逆性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為材料2的X射線電子衍射圖像(XRD)。
[0015]圖2是材料2放大950倍的電子顯微鏡形貌圖。
[0016]圖3是材料2放大3500倍的電子顯微鏡形貌圖。
[0017]圖4是材料2的恆流充放電曲線檢測圖。
[0018]圖5是商業二氧化鈦的恆流充放電曲線檢測圖。
[0019]圖6是材料2的循環伏安曲線檢測圖。
[0020]圖7是商業二氧化鈦的電子顯微鏡形貌圖。
[0021]具體的實施方式
本發明用作對照的商業二氧化鈦，購自上海凌峰化學試劑有限公司，其電子顯微鏡形貌圖如圖7。
[0022]高壓反應釜的填充度為60%_80%。
[0023]實施例1
在塑料燒杯中分別加入0.55g氫氟酸(質量百分濃度為40%)、30.1Og醋酸(質量百分濃度> 99.5%)、2.0Og水，在電磁攪拌器上攪拌10分鐘，加入1.80g鈦酸丁酯，得到混合溶液。將混合溶液攪拌10分鐘，倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中。將高壓反應釜密封，放入烘箱，在170°C保持47小時進行水熱反應，冷卻至室溫。取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在50°C條件下烘乾10小時，得到材料I。材料I的X射線電子衍射圖像說明材料I為二氧化鈦。材料I的電子顯微鏡形貌圖說明二氧化鈦為盤狀中空結構。
[0024]實施例2
在塑料燒杯中分別加入0.54g氫氟酸(質量百分濃度為40%)、30.03醋酸(質量百分濃度> 99.5%)、1.96g水，在電磁攪拌器上攪拌10分鐘，加入1.71g鈦酸丁酯，得到混合溶液。將混合溶液攪拌15分鐘，倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中。將高壓反應釜密封，放入烘箱，在180°C保持48小時進行水熱反應，冷卻至室溫。取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在60°C條件下烘乾12小時得到材料2。材料2的X射線電子衍射圖像(圖1)說明材料2為二氧化鈦。材料2的電子顯微鏡形貌圖(圖2和3)說明二氧化鈦為盤狀中空結構。
[0025]實施例3
在塑料燒杯中分別加入0.53g氫氟酸(質量百分濃度為40%)、30.0Og醋酸(質量百分濃度> 99.5%)、1.90g水，在電磁攪拌器上攪拌10分鐘，加入1.70鈦酸丁酯，得到混合溶液。將混合溶液攪拌20分鐘，倒入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中。將高壓反應釜密封，放入烘箱，在190°C保持49小時進行水熱反應，冷卻至室溫。取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在70°C條件下烘乾14小時得到材料3。材料3的X射線電子衍射圖像說明材料3為二氧化鈦。材料3的電子顯微鏡形貌圖說明二氧化鈦為盤狀中空結構。
[0026]在電化學工作站上，採用三電極系統測試材料2的電化學性質.循環伏安法:取0.08g材料2 (實施例2製備)，0.0lg乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.0lg粘合劑，均勻分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研缽內，將研磨後的粉末均勻混合成稠狀液體。取乾淨的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的塗抹在鉬電極的表面上，將塗抹好的電極置於常溫環境下乾燥24小時。待電極材料乾燥後，採用三電極體系測試其循環伏安曲線(採用上海華辰CHI660A型號的電化學工作站)。結果如圖6所示，可以看出材料2電容量達15(T250F/g。另外，材料2的電容量明顯比商業二氧化鈦大。
恆流充放電:取0.08g材料2 (實施例2製備)，0.0lg乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.0lg粘合劑，均勻分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研缽內，將研磨後的粉末均勻混合成稠狀液體。取乾淨的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的塗抹在鉬電極的表面上，將塗抹好的電極置於常溫環境下乾燥24小時。待電極材料乾燥後，採用三電極體系測試其恆流充放電曲線(採用上海華辰CHI660A型號的電化學工作站)。結果如圖4和圖5所示，可以看出材料2具有良好的電化學循環性能，300次循環後仍具有良好可逆性。商業二氧化鈦的電化學性質相比於材料2來說，電化學性質較差。
[0027]交流阻抗:取0.08g材料2 (實施例2製備)，0.0lg乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.0lg粘合劑，均勻分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研缽內，將研磨後的粉末均勻混合成稠狀液體，再取乾淨的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的塗抹在鉬電極的表面上，將塗抹好的電極置於常溫環境下乾燥24小時。待電極材料乾燥後，採用三電極體系測試其交流阻抗曲線(採用上海華辰CHI660A型號的電化學工作站)。經交流阻抗譜可知道，材料2的電化學性質相比於商業二氧化鈦，更適合做超電容材料。
[0028]材料I (實施例1製備)和材料3 (實施例3製備)也具有與材料2相似的性能。
【權利要求】
1.一種盤狀中空二氧化鈦的製備方法，其特徵在於包括如下步驟:將鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水混合，放入高壓反應釜中；將所述高壓反應釜密封，在170°C -190°C保持47-49小時，冷卻至室溫；取出高壓反應釜內的溶液，離心取沉澱，洗滌、乾燥後得到盤狀中空二氧化鈦。
2.根據權利要求1所述盤狀中空二氧化鈦的製備方法，其特徵在於鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水的質量比為(1.5?2):(0.5?0.6):(30.00?31):(1.5?2.0)。
3.根據權利要求2所述盤狀中空二氧化鈦的製備方法，其特徵在於所述洗滌方法為:用去離子水和無水乙醇交替清洗。
4.根據權利要求3所述盤狀中空二氧化鈦的製備方法，其特徵在於所述乾燥方法為:烘乾溫度為50-70°C，烘乾時間為10-14小時。
5.—種權利要求1-4之一所述方法製備的盤狀中空二氧化鈦。
6.權利要求5所述盤狀中空二氧化鈦在製作超級電容器電極方面的應用。
【文檔編號】B01J21/06GK103794378SQ201410047210
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月10日 優先權日:2014年2月10日
【發明者】滕飛, 樓孫棋, 徐娟, 陳敏東 申請人:南京信息工程大學