一种多孔网状Magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法的制作方法

【技术领域】

本发明属于纳米功能材料制备技术领域，特别涉及一种多孔网状magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法。

背景技术：

magneli相亚氧化钛是一种特殊的导电化合物,发现于1956年。其相型已被表征出来。文献指出magneli相亚氧化钛一方面具tio2的一些优良特性，比如优异的抗氧化性、良好的抗电化学腐蚀性、生物相容性好、已于表面改性等特点。人们认为其具有多种潜在用途，尤其适用于电化学领域，如电解、电池、燃料电池、阴极保护、合成、环境治理。

一般地制备magneli相亚氧化钛通过在惰性气氛下加热tio2与金属ti制得。该方法要求高温大于1273k和严格的还原气氛，生产过程中必须精确控制反应条件以利于生成预期的产物。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种多孔网状magneli相亚氧化钛材料及其低温制备法，能够在低温下制备magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：首先将ti3c2粉体溶于浓度为1～8mol/l的碱性溶液中，在25～30℃搅拌反应6～12h，得到反应混合溶液；然后，将反应混合溶液洗涤后再分离固体，干燥得到多孔网状magneli相亚氧化钛材料。

进一步地，ti3c2粉体和碱性溶液的质量体积比为(50～200)mg：(10～50)ml。

进一步地，碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

进一步地，反应混合溶液用去离子水和无水乙醇离心洗涤。

进一步地，分离出的固体在20～60℃真空干燥12～48h。

一种利用如上所述低温制备法制得的多孔网状magneli相亚氧化钛材料，其分子式为ti8o15。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过将ti3c2与一定浓度的碱溶液进行混合，通过控制反应条件使得ti3c2缓慢不完全氧化从而得到一种多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。本发明能够有效降低反应温度，无需高温和严格的还原气氛，且生成的产物中大量的ti8o15纳米线相互交结形成多孔网络结构，具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、渗透性好等优点。本发明具有制备工艺简单，可控，得到的ti8o15形貌新颖等特点。

【附图说明】

图1为不同放大倍率下多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料的sem图，其中(a)为3μm，(b)为1μm。

图2为多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料的xrd图。

【具体实施方式】

下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明首先将ti3alc2在hf酸中进行化学刻蚀，使al被选择性刻蚀掉，获得了一种二维层状ti3c2纳米材料，利用该ti3c2纳米材料制备多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。该方法包括以下步骤：

(1)三元ti3alc2陶瓷粉体的制备：按照专利zl201310497696.9的方法制备三元层状ti3alc2陶瓷粉体；利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状ti3alc2陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质(无水乙醇)的质量比为10:1:1，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为4h，然后将所得固液混料在50℃下烘干，得到粒径约为8μm的ti3alc2陶瓷粉体；

(2)二维层状ti3c2纳米材料的制备：按照专利201410812056.7的方法合成二维层状ti3c2纳米材料；其次，将步骤(1)中所得ti3alc2陶瓷粉体浸没在hf酸溶液中，其中5gti3alc2粉体浸没在100ml质量浓度40wt％hf酸溶液中反应24h；磁力搅拌，对三元层状ti3alc2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至ph为5～6，将所得固体样品室温干燥，得到二维层状ti3c2纳米材料；

(3)取ti3c2粉体50～200mg溶于10～50ml浓度为1～8mol/l的氢氧化钾或氢氧化钠溶液中在25～30℃搅拌6～12h，然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，20～60℃真空干燥12～48h。即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例1

取ti3c2粉体50mg溶于20ml浓度为1mol/l的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，40℃真空干燥30h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例2

取ti3c2粉体200mg溶于20ml浓度为3mol/l的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，60℃真空干燥12h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例3

取ti3c2粉体150mg溶于50ml浓度为8mol/l的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌8h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，60℃真空干燥48h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例4

取ti3c2粉体200mg溶于30ml浓度为6mol/l的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌12h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体60℃真空干燥36h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料

实施例5

取ti3c2粉体200mg溶于50ml浓度为3mol/l的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌8h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，50℃真空干燥48h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例6

取ti3c2粉体100mg溶于40ml浓度为4mol/l的氢氧化钾溶液中在常温下搅拌6h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，40℃真空干燥12h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例7

取ti3c2粉体120mg溶于10ml浓度为5mol/l的氢氧化钠溶液中在常温下搅拌10h。然后，用去离子水和无水乙醇将反应混合溶液离心洗涤数次，再离心分离固体，20℃真空干燥24h，即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。

实施例8

将反应温度分别设置为20、25、30和35℃，其他条件与实施例1相同。发现20℃时材料反应不完全有二维层状碳化钛存在，25～30℃时氧化生成即得到多孔网状magneli相亚氧化钛ti8o15材料。35℃时有二氧化钛杂相生成。

如图1所示，magneli相亚氧化钛材料具有清晰的多空网络状结构。

由图2可以看出，ti3c2反应生成了magneli相亚氧化钛ti8o15。图中所有magneli相亚氧化钛ti8o15的衍射峰都与典型的ti8o15相(jcpds卡片no.18.1404)相匹配。