一種盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法及其應(yīng)用，涉及新型超電容材料領(lǐng)域。所述制備方法，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(yīng)釜中；將所述高壓反應(yīng)釜密封，在170℃-190℃保持22-25小時，冷卻至室溫；取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，洗滌、干燥后得到盤狀中間凹陷二氧化鈦。本發(fā)明盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法，該方法簡單、環(huán)保、易行，得到的盤狀中間凹陷的二氧化鈦具有較高的電容量和良好的可逆性，有望成為超級電容材料。
【專利說明】一種盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型超電容材料領(lǐng)域，具體涉及一種盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]人類社會的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，目前面臨嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境惡化問題。正處在發(fā)展中階段的中國，對清潔能源和可再生能源需求更為迫切。超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池的一種新型儲能元件，具有能量密度大和功率密度大的特點；同時，超級電容器具有充電時間短和使用時間長的特點。超電容按工作原理不同主要分為兩類:其一雙電層電容，即在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產(chǎn)生的；其二法拉第準(zhǔn)電容，即在電極表面和近表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸/脫附和氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。研究發(fā)現(xiàn)，二氧化釕的比容量可以達(dá)到720F/g，是一種理想的超級電容材料，但是二氧化釕價格昂貴，資源有限，極大的局限了其商業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法，該方法簡單易行，得到的盤狀中間凹陷的二氧化鈦具有較高的電容量和良好的可逆性。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供上述方法制備的盤狀中間凹陷的二氧化鈦，該材料具有較高的電容量和良好的可逆性，有望成為超級電容材料。
[0005]本發(fā)明的再一目的是提供盤狀中間凹陷的二氧化鈦在制作超級電容器電極方面的應(yīng)用。
[0006]一種盤狀中間凹陷二氧化鈦的制備方法，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(yīng)釜中；將所述高壓反應(yīng)釜密封，在170°C _190°C保持22-25小時，冷卻至室溫；取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，洗滌、干燥后得到盤狀中間凹陷二氧化鈦。
[0007]鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水的質(zhì)量比為(1.5~2):(0.5、.6):(30.0(T31):(1.5~2.0)。
[0008]所述洗滌方法為:用去離子水和無水乙醇交替清洗。
[0009]所述干燥方法為:烘干溫度為50_70°C，烘干時間為10-14小時。
[0010]本發(fā)明還提供所述方法制備的盤狀中間凹陷二氧化鈦。
[0011 ] 本發(fā)明還提供所述盤狀中間凹陷二氧化鈦在制作超級電容器電極方面的應(yīng)用。
[0012]本發(fā)明盤狀中間凹陷的二氧化鈦的制備方法，該方法簡單、環(huán)保、易行，得到的盤狀中間凹陷的二氧化鈦具有較高的電容量和良好的可逆性。
[0013]本發(fā)明盤狀中間凹陷的二氧化鈦，具有較高的電容量和良好的可逆性，有望成為超級電容材料。電容量達(dá)60(T650F/g，400次循環(huán)后仍具有良好可逆性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1是材料2放大1400倍的掃描電子顯微鏡形貌圖。
[0015]圖2是材料2放大12000倍的掃描電子顯微鏡形貌圖。
[0016]圖3是材料2的X射線電子衍射圖像(XRD)。
[0017]圖4是材料2的恒流充放電曲線檢測圖 圖5是商業(yè)二氧化鈦的恒流充放電曲線檢測圖 圖6是材料2的循環(huán)伏安曲線檢測圖。
[0018]圖7是商業(yè)二氧化鈦的掃描電子顯微鏡形貌圖。
[0019]具體的實施方式
本發(fā)明中作為對照的商業(yè)二氧化鈦，購自上海凌峰化學(xué)試劑有限公司，其電鏡圖如圖7所示。
[0020]高壓反應(yīng)釜的填充度為60%_80%。
[0021]實施例1
在塑料燒杯中加入0.55g氫氟酸(質(zhì)量百分濃度為40%)、30.1Og醋酸(質(zhì)量百分濃度^ 99.5%)、2.00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(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中。將高壓反應(yīng)釜密封，放入烘箱，在170°C保持22小時進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻至室溫。取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在50°C條件下烘干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間凹陷結(jié)構(gòu)。
[0022]實施例2
在塑料燒杯中加入0.54g氫氟酸(質(zhì)量百分濃度為40%)、30.03醋酸(質(zhì)量百分濃度^ 99.5%)、1.96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(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中。將高壓反應(yīng)釜密封，放入烘箱，在180°C保持24小時進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻至室溫。取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在60°C條件下烘干12小時得到材料2。材料2的X射線電子衍射圖像(圖3)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I)說明二氧化鈦為盤狀中間凹陷結(jié)構(gòu)。
[0023]實施例3
在塑料燒杯中加入0.53g氫氟酸(質(zhì)量百分濃度為40%)、30.0Og醋酸(質(zhì)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(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中。將高壓反應(yīng)釜密封，放入烘箱，在190°C保持25小時進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻至室溫。取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，用去離子水和無水乙醇交替清洗，在70°C條件下烘干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間凹陷結(jié)構(gòu)。
[0024]將所得材料制成電極，采用三電極系統(tǒng)，在電化學(xué)工作站上測試電極的電化學(xué)性質(zhì)(循環(huán)伏安、恒流充放電、交流阻抗等)。具體如下:循環(huán)伏安法:取0.08g材料2 (實施例2制備)，0.01g乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.01g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(nèi)，將研磨后的粉末均勻混合成稠狀液體。取干凈的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的涂抹在鉬電極的表面上，將涂抹好的電極置于常溫環(huán)境下干燥24小時。待電極材料干燥后，采用三電極體系測試其循環(huán)伏安曲線(采用上海華辰CHI660A型號的電化學(xué)工作站)，結(jié)果如圖6所示，可以看出材料2電容量達(dá)60(T650F/g，材料2的電容量明顯比商用二氧化鈦大。
[0025]恒流充放電:取0.08g材料2 (實施例2制備)，0.01g乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.01g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(nèi)，將研磨后的粉末均勻混合成稠狀液體，再取干凈的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的涂抹在鉬電極的表面上，將涂抹好的電極置于常溫環(huán)境下干燥24小時。待電極材料干燥后，采用三電極體系測試其恒流充放電曲線(采用上海華辰CHI660A型號的電化學(xué)工作站)，結(jié)果如圖4所示，圖5是商業(yè)二氧化鈦的恒流充放電曲線檢測圖。通過比較，可以看出材料2具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能，400次循環(huán)后仍具有良好可逆性。商用的二氧化鈦的電化學(xué)性質(zhì)相比于材料2來說，電化學(xué)性質(zhì)較差。
[0026]交流阻抗:取0.08g材料2 (實施例2制備)，0.01g乙炔黑，混合放入瑪瑙研缽中，充分研磨30分鐘。將0.01g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(nèi)，將研磨后的粉末均勻混合成稠狀液體，再取干凈的鉬電極，將稠狀液體均勻光滑的涂抹在鉬電極的表面上，將涂抹好的電極置于常溫環(huán)境下干燥24小時。待電極材料干燥后，采用三電極體系測試其交流阻抗曲線(采用上海華辰CHI660A型號的電化學(xué)工作站)。經(jīng)交流阻抗譜可發(fā)現(xiàn)，材料2相比于商業(yè)二氧化鈦，更適合做超電容材料。
[0027]材料I (實施例1制備)和材料3 (實施例3制備)也具有與材料2相似的性能。
【權(quán)利要求】
1.一種盤狀中間凹陷二氧化鈦的制備方法，其特征在于包括如下步驟:將鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水混合，放入高壓反應(yīng)釜中；將所述高壓反應(yīng)釜密封，在170°C -190°C保持22-25小時，冷卻至室溫；取出高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，離心取沉淀，洗滌、干燥后得到盤狀中間凹陷二氧化鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述盤狀中間凹陷二氧化鈦的制備方法，其特征在于鈦酸丁酯、氫氟酸、醋酸和水的質(zhì)量比為(1.5~2):(0.5~0.6):(30.00~31):(1.5~2.0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述盤狀中間凹陷二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述洗滌方法為:用去離子水和無水乙醇交替清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述盤狀中間凹陷二氧化鈦的制備方法，其特征在于所述干燥方法為:烘干溫度為50-70°C，烘干時間為10-14小時。
5.一種權(quán)利要求1-4之一所述方法制備的盤狀中間凹陷二氧化鈦。
6.權(quán)利要求 5所述盤狀中間凹陷二氧化鈦在制作超級電容器電極方面的應(yīng)用。
【文檔編號】C01G23/053GK103787410SQ201410047101
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】滕飛, 樓孫棋, 徐娟, 陳敏東 申請人:南京信息工程大學(xué)