一种盘状中空二氧化钛的制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种盘状中空二氧化钛的制备方法及其应用，涉及新型超电容材料领域。所述制备方法，包括如下步骤：将钛酸丁酯、氢氟酸、醋酸和水混合，放入高压反应釜中；将所述高压反应釜密封，在170℃-190℃保持47-49小时，冷却至室温；取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，洗涤、干燥后得到盘状中空二氧化钛。本发明简单，环保，得到的盘状中空二氧化钛具有较高的电容量和良好的可逆性，实验测试表明，其电容量达150~250F/g,300次循环后具有良好可逆性，因此，作为储能元件有很长的寿命，有望成为用途广泛的超电容材料。
【专利说明】一种盘状中空二氧化钛的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及新型超电容材料领域，具体涉及一种盘状中空二氧化钛的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]能源是社会发展的重要支柱，尤其清洁能源和可再生能源对于社会的可持续发展十分重要。超电容材料因其高能量密度、高功率密度和长寿命等特点，使其成为清洁能源中重要的部分。
[0003]超级电容器电极材料主要包括金属化合物、碳材料和有机导电聚合物等，金属化合物和有机导电聚合物贮能原理主要基于电极上发生的氧化还原反应，而炭材料主要利用电极表面的双电层所产生的电容。现有技术中的电容材料比容量不够高，成本较高，因此超电容材料在实际应用中还未得到广泛的推广，探究寻找新的超电容材料也是当前解决困难的重要方向。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种盘状中空二氧化钛的制备方法，该方法简单、环保、成本低。
[0005]本发明的另一目的是提供所述盘状中空二氧化钛，具有较高比容量值、良好的可逆性，作为储能元件有很长的寿命，有望成为超级电容器电极材料。
[0006]本发明的再一目的是提供所述盘状中空二氧化钛在制作超级电容器电极方面的应用。
[0007]一种盘状中空二氧化钛的制备方法，包括如下步骤:将钛酸丁酯、氢氟酸、醋酸和水混合，放入高压反应釜中；将所述高压反应釜密封，在170°C _190°C保持47-49小时，冷却至室温；取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，洗涤、干燥后得到盘状中空二氧化钛。
[0008]钛酸丁酯、氢氟酸、醋酸和水的质量比为(1.5~2):(0.5、.6):(30.00-30.10):(1.5~2.0)。
[0009]所述洗涤方法为:用去离子水和无水乙醇交替清洗。
[0010]所述干燥方法为:烘干温度为50-70°C，烘干时间为10-14小时。
[0011]本发明还提供所述方法制备的盘状中空二氧化钛。
[0012]本发明还提供所述盘状中空二氧化钛在制作超级电容器电极方面的应用。
[0013]本发明提供一种新型盘状中空二氧化钛超电容材料，其具有较高的电容量和良好的可逆性，实验测试表明，其电容量达15(T250F/g，300次循环后具有良好可逆性，因此，作为储能元件有很长的寿命，有望成为用途广泛的超电容材料.本发明的所述的二氧化钛，经过水热反应即可得到，方法简单，环保。比价格昂贵的二氧化钌更有可能实现大批量制备。采用循环伏安法，恒流充放电法，交流阻抗法，测试了电化学性质。其具有较高比容量值、良好的可逆性。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为材料2的X射线电子衍射图像(XRD)。
[0015]图2是材料2放大950倍的电子显微镜形貌图。
[0016]图3是材料2放大3500倍的电子显微镜形貌图。
[0017]图4是材料2的恒流充放电曲线检测图。
[0018]图5是商业二氧化钛的恒流充放电曲线检测图。
[0019]图6是材料2的循环伏安曲线检测图。
[0020]图7是商业二氧化钛的电子显微镜形貌图。
[0021]具体的实施方式
本发明用作对照的商业二氧化钛，购自上海凌峰化学试剂有限公司，其电子显微镜形貌图如图7。
[0022]高压反应釜的填充度为60%_80%。
[0023]实施例1
在塑料烧杯中分别加入0.55g氢氟酸(质量百分浓度为40%)、30.1Og醋酸(质量百分浓度> 99.5%)、2.0Og水，在电磁搅拌器上搅拌10分钟，加入1.80g钛酸丁酯，得到混合溶液。将混合溶液搅拌10分钟，倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中。将高压反应釜密封，放入烘箱，在170°C保持47小时进行水热反应，冷却至室温。取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，用去离子水和无水乙醇交替清洗，在50°C条件下烘干10小时，得到材料I。材料I的X射线电子衍射图像说明材料I为二氧化钛。材料I的电子显微镜形貌图说明二氧化钛为盘状中空结构。
[0024]实施例2
在塑料烧杯中分别加入0.54g氢氟酸(质量百分浓度为40%)、30.03醋酸(质量百分浓度> 99.5%)、1.96g水，在电磁搅拌器上搅拌10分钟，加入1.71g钛酸丁酯，得到混合溶液。将混合溶液搅拌15分钟，倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中。将高压反应釜密封，放入烘箱，在180°C保持48小时进行水热反应，冷却至室温。取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，用去离子水和无水乙醇交替清洗，在60°C条件下烘干12小时得到材料2。材料2的X射线电子衍射图像(图1)说明材料2为二氧化钛。材料2的电子显微镜形貌图(图2和3)说明二氧化钛为盘状中空结构。
[0025]实施例3
在塑料烧杯中分别加入0.53g氢氟酸(质量百分浓度为40%)、30.0Og醋酸(质量百分浓度> 99.5%)、1.90g水，在电磁搅拌器上搅拌10分钟，加入1.70钛酸丁酯，得到混合溶液。将混合溶液搅拌20分钟，倒入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中。将高压反应釜密封，放入烘箱，在190°C保持49小时进行水热反应，冷却至室温。取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，用去离子水和无水乙醇交替清洗，在70°C条件下烘干14小时得到材料3。材料3的X射线电子衍射图像说明材料3为二氧化钛。材料3的电子显微镜形貌图说明二氧化钛为盘状中空结构。
[0026]在电化学工作站上，采用三电极系统测试材料2的电化学性质.循环伏安法:取0.08g材料2 (实施例2制备)，0.0lg乙炔黑，混合放入玛瑙研钵中，充分研磨30分钟。将0.0lg粘合剂，均匀分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研钵内，将研磨后的粉末均匀混合成稠状液体。取干净的钼电极，将稠状液体均匀光滑的涂抹在钼电极的表面上，将涂抹好的电极置于常温环境下干燥24小时。待电极材料干燥后，采用三电极体系测试其循环伏安曲线(采用上海华辰CHI660A型号的电化学工作站)。结果如图6所示，可以看出材料2电容量达15(T250F/g。另外，材料2的电容量明显比商业二氧化钛大。
恒流充放电:取0.08g材料2 (实施例2制备)，0.0lg乙炔黑，混合放入玛瑙研钵中，充分研磨30分钟。将0.0lg粘合剂，均匀分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研钵内，将研磨后的粉末均匀混合成稠状液体。取干净的钼电极，将稠状液体均匀光滑的涂抹在钼电极的表面上，将涂抹好的电极置于常温环境下干燥24小时。待电极材料干燥后，采用三电极体系测试其恒流充放电曲线(采用上海华辰CHI660A型号的电化学工作站)。结果如图4和图5所示，可以看出材料2具有良好的电化学循环性能，300次循环后仍具有良好可逆性。商业二氧化钛的电化学性质相比于材料2来说，电化学性质较差。
[0027]交流阻抗:取0.08g材料2 (实施例2制备)，0.0lg乙炔黑，混合放入玛瑙研钵中，充分研磨30分钟。将0.0lg粘合剂，均匀分散溶解在ImL聚乙烯吡咯烷酮中，用滴管吸取溶液滴入研钵内，将研磨后的粉末均匀混合成稠状液体，再取干净的钼电极，将稠状液体均匀光滑的涂抹在钼电极的表面上，将涂抹好的电极置于常温环境下干燥24小时。待电极材料干燥后，采用三电极体系测试其交流阻抗曲线(采用上海华辰CHI660A型号的电化学工作站)。经交流阻抗谱可知道，材料2的电化学性质相比于商业二氧化钛，更适合做超电容材料。
[0028]材料I (实施例1制备)和材料3 (实施例3制备)也具有与材料2相似的性能。
【权利要求】
1.一种盘状中空二氧化钛的制备方法，其特征在于包括如下步骤:将钛酸丁酯、氢氟酸、醋酸和水混合，放入高压反应釜中；将所述高压反应釜密封，在170°C -190°C保持47-49小时，冷却至室温；取出高压反应釜内的溶液，离心取沉淀，洗涤、干燥后得到盘状中空二氧化钛。
2.根据权利要求1所述盘状中空二氧化钛的制备方法，其特征在于钛酸丁酯、氢氟酸、醋酸和水的质量比为(1.5?2):(0.5?0.6):(30.00?31):(1.5?2.0)。
3.根据权利要求2所述盘状中空二氧化钛的制备方法，其特征在于所述洗涤方法为:用去离子水和无水乙醇交替清洗。
4.根据权利要求3所述盘状中空二氧化钛的制备方法，其特征在于所述干燥方法为:烘干温度为50-70°C，烘干时间为10-14小时。
5.—种权利要求1-4之一所述方法制备的盘状中空二氧化钛。
6.权利要求5所述盘状中空二氧化钛在制作超级电容器电极方面的应用。
【文档编号】B01J21/06GK103794378SQ201410047210
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2014年2月10日
【发明者】滕飞, 楼孙棋, 徐娟, 陈敏东 申请人:南京信息工程大学