一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种复合材料的制备方法,具体为一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法。

技术背景

超级电容器是近十年来发展起来的一种绿色新型储能元件，在许多方面都得到了广泛应用。超级电容器由于具有较快的储能特性、较高的功率密度以及循环稳定性而备受广大研究者的关注。

目前，用于超级电容器的电极材料有基于石墨烯的材料，生物质碳材料，纳米结构金属氧化物，导电聚合物，过渡金属二硫化物，金属-有机骨架基材料，碳化物/氮化物材料等。在这些材料中，碳化物/氮化物材料由于其高导电性，高密度，优异的化学稳定性和出色的电容性能而备受关注。更重要的是，这些材料的出现也改变了在之前赝电容超级器的循环能力差的特点。金属碳化物/氮化物及其复合材料被认为是最具有高功率密度性能的超级电容器电极材料。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法。

本发明目的提供以下方案实现：一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，以纳米二氧化钛为原料，碳/氮源为盐酸胍，水热反应制备二氧化钛纳米管，然后，二氧化钛纳米管和盐酸胍在惰性气体下煅烧制备碳包覆氮化钛纳米管复合材料，包括以下步骤：

1）以纳米二氧化钛置入氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态，放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，在150℃-200℃水热反应，冷却后去掉上清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1m的硝酸进行三次酸洗，后过滤，80℃烘干，得到二氧化钛纳米管；

2）将二氧化钛纳米管和盐酸胍以质量比1：（5-10）一起充分混合均匀，在惰性气体下900℃煅烧，得到的产物置入1m的硝酸中清洗，蒸馏水清洗过滤，80℃烘干，得到产物c@tin。

步骤1）中，取2g纳米二氧化钛置入100ml10m的氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态后进行水热反应，水热反应时间为24-48h。

所述的惰性气体为氮气。

煅烧条件：以5~10℃/min升温速率升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。

本发明与已有专利相比，优点在于：制备条件简单，可以在相对较低的温度下制备出氮化钛纳米管材料。所制备的材料具有碳包覆层，避免了氮化钛直接与电解液接触，而且，碳包覆层有效改善了氮化钛材料的导电性。

附图说明

附图1是实施例1所制备碳/氮化钛纳米管复合材料的扫面电镜图；

附图2是实施例1所制备碳/氮化钛纳米管复合材料的循环伏安图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种碳/氮化钛纳米管复合材料，以纳米二氧化钛为原料，碳/氮源为盐酸胍，先水热反应制备二氧化钛纳米管，然后，二氧化钛纳米管和盐酸胍在惰性气体下煅烧制备碳包覆氮化钛纳米管复合材料，按以下步骤制备：

1）取2g纳米二氧化钛置入100ml10m的氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态，采用传统简单的水热反应，放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，在150℃水热反应48小时，冷却后去掉上清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1m的硝酸进行三次酸洗，后过滤，80℃烘干，得到二氧化钛纳米管；

2）取1g二氧化钛纳米管和5g盐酸胍一起充分混合均匀，在管式炉中，氮气氛围下，以10℃/min升温至900℃后保温两小时，得到的产物置入1m的硝酸中超声1小时，蒸馏水清洗过滤，80℃烘干，得到产物c@tin。扫面电镜图见图1，为有碳包覆层的tin复合材料。

附图2为本实施例所制备碳/氮化钛纳米管复合材料的循环伏安图。碳包覆层有效改善了氮化钛材料的导电性。

实施例2

一种碳/氮化钛纳米管复合材料，与实施例1近似，按以下步骤制备：

1）以2g纳米二氧化钛置入100ml10m的氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态，放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，采用传统简单的水热反应，在180℃水热反应24小时，冷却后去掉上清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1m的硝酸进行三次酸洗，后过滤，80℃烘干，得到二氧化钛纳米管；

2）将1g二氧化钛纳米管和10g盐酸胍一起充分混合均匀，在管式炉中，氮气氛围下，以5℃/min升温速度升温到900℃煅烧2小时，得到的产物置入1m的硝酸中超声1小时，蒸馏水清洗过滤，80℃烘干，得到产物c@tin。

实施例3

一种碳/氮化钛纳米管复合材料，与实施例1近似，按以下步骤制备：

1）以2g纳米二氧化钛置入100ml10m的氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态，放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，在200℃水热反应12小时，冷却后去掉上清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1m的硝酸进行三次酸洗，后过滤，80℃烘干，得到二氧化钛纳米管；

2）将1g二氧化钛纳米管和10g盐酸胍充分混合均匀，在管式炉中，氮气氛围下，以5℃/min至900℃煅烧两小时，得到的产物置入1m的硝酸中超声1小时，蒸馏水清洗过滤，80℃烘干，得到产物c@tin。

技术特征：

1.一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，以纳米二氧化钛为原料，碳/氮源为盐酸胍，先水热反应制备二氧化钛纳米管，然后，二氧化钛纳米管和盐酸胍在惰性气体下煅烧制备碳包覆氮化钛纳米管复合材料，包括以下步骤：

1）以纳米二氧化钛置入氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态，放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，在150℃-200℃水热反应，冷却后去掉上清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1m的硝酸进行三次酸洗，后过滤，80℃烘干，得到二氧化钛纳米管；

2）将二氧化钛纳米管和盐酸胍以质量比1：（5-10）一起充分混合均匀，在惰性气体下900℃煅烧，得到的产物置入1m的硝酸中清洗，蒸馏水清洗过滤，80℃烘干，得到产物c@tin。

2.如权利要求1中所述的碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，其特征在于步骤1）中，取2g纳米二氧化钛置入100ml10m的氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态后进行水热反应，水热反应时间为24-48h。

3.如权利要求1中所述的碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，其特征在于所述的惰性气体为氮气。

4.如权利要求1中所述的碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，其特征在于煅烧条件：以5~10℃/min升温速率升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。

技术总结
本发明涉及一种碳/氮化钛纳米管复合材料的制备方法，以纳米二氧化钛置入氢氧化钠溶液中，充分搅拌至溶液呈乳浊液状态；放入聚四氟乙烯容器后置入高压反应釜，经过水热反应，冷却后倒掉上层清液，取底部白色沉积物反复水洗后，使用1M的硝酸进行三次酸洗；后过滤、烘干，得到二氧化钛纳米管；然后，将二氧化钛纳米管和盐酸胍一起充分混合均匀，在惰性气体下煅烧，得到的产物置入1M的硝酸中超声1小时，蒸馏水清洗过滤，烘干得到碳/氮化钛纳米管复合材料产物。所制备的材料具有碳包覆层，避免了氮化钛直接与电解液接触，而且，碳包覆层有效改善了氮化钛材料的导电性。

技术研发人员：崔大祥;王亚坤;张芳;张道明;卢玉英;阳靖峰;焦靖华;张放为;葛美英
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2019.12.23
技术公布日：2020.04.07