一种钛酸盐基中空材料的制备方法及其应用与流程

技术特征：
1.一种钛酸盐基中空材料的制备方法，其特征在于，包括：s1)以二氧化钛包覆的二氧化硅核壳结构纳米球(sio2@tio2)或中空二氧化钛纳米管阵列作为前驱体，在锂、钠、钾的碱性环境下进行第一步水热反应，得到中空的层状钛酸盐材料；s2)将步骤s1)中得到的层状钛酸盐材料与含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的盐溶液，在水热条件下进行阳离子交换，得到含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的层状钛酸盐材料；s3)将步骤s2)得到的含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的层状钛酸盐进行高温煅烧，得到还原性钛酸盐基中空材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述sio2@tio2纳米球前驱体的直径为400～900nm，tio2壳层的厚度为50～200nm。优选地，所述二氧化钛纳米管的内径为150～200nm，外径为200～300nm，长度为10～50μm。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1)中，所述锂、钠、钾的碱性环境为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。优选地，所述碱性环境中，氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为0.05～3m。4.如权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s1)中，所述水热反应的温度为100～220℃，所述水热反应的时间为2～10h。5.如权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s2)中，所述含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的盐中的金属离子选自mg、ca、sr、ba、co、ni、sn、zn、cr、ce、mo、la等中的至少一种。优选地，步骤s2)中，所述含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的盐可以为含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的氯化盐、硫酸盐和硝酸盐等中的至少一种。优选地，所述氯化盐溶液的浓度为0.5～4m。优选地，步骤s2)中，所述水热的温度为80～200℃，所述水热的时间为0.5～8h。6.如权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s3)中，所述高温煅烧处理的温度为800～1000℃，所述高温煅烧处理的时间为2～4h。7.如权利要求1
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6任一项所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1)利用二氧化钛包覆的二氧化硅纳米球(sio2@tio2)或中空二氧化钛纳米管阵列作为前驱体在碱性环境下进行第一步水热反应，将无定型二氧化钛转化为层状钛酸盐材料，同时去除纳米球中的二氧化硅硬模板；s2)将步骤s1)制得的层状钛酸盐置于含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的氯化盐溶液中，在水热条件下进行阳离子交换生成含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的层状钛酸盐材料；s3)将步骤s2)所得的含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的层状钛酸盐在还原性气体氛围下进行退火，得到还原性钛酸盐中空纳米球或中空纳米管阵列材料。8.权利要求1
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7任一项所述的制备方法制备得到的除锂、钠、钾之外的钛酸盐基中空材料。优选地，所述钛酸盐基中空材料为钛酸盐中空纳米球或中空纳米管阵列。
优选地，所述钛酸盐中空纳米球的直径为400～900nm，壳的厚度为50～200nm；或所述钛酸盐中空纳米管的内径为150～200nm，外径为200～300nm，长度为10～50μm。9.权利要求8所述的钛酸盐基中空材料在电动汽车、便携式设备(如手机、电脑及数码相机)、储能器件等中的应用。10.一种锂/钠离子电池，其特征在于，所述电池的负极材料含有权利要求8所述的钛酸盐基中空材料。

技术总结
本发明公开一种钛酸盐基中空材料的制备方法及其应用，通过两步法制备出含有不同种类阳离子的钛酸盐基中空材料。第一步在锂、钠、钾的碱性环境下将无定型二氧化钛转化为层状钛酸盐材料，第二步在含有除锂、钠、钾之外的阳离子的盐溶液中进行阳离子置换反应，以制备出含有除锂、钠、钾之外的金属阳离子的层状三维中空结构的钛酸盐材料。本发明通过两步法嵌入金属阳离子可以有效扩充材料的层间距、提升材料的结构稳定性。本发明中的钛酸盐材料中空微纳结构有利于缓解离子嵌入/脱出过程中产生的形变应力。变应力。变应力。


技术研发人员：于乐 李念武 陈冲 张心雨 李沁韩
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/1/4