[发明专利]一种纳米结构钛酸盐及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米结构钛酸盐及其制备方法和应用。所述方法包括如下步骤：S1、制备含有钛过氧络合物的分散液；S2、往所述含有钛过氧络合物的分散液中缓慢加入金属化合物形成溶液；S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中产生纳米结构钛酸盐前驱物沉淀，分离获得钛酸盐前驱物；S4、将所述前驱物干燥后，经热处理获得纳米结构钛酸盐产物。本发明提供一种制备工艺简单，工艺参数易控制，易于大规模工业化生产的制备钛酸盐的方法。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的说，本发明涉及一种纳米结构钛酸盐及其制备方法和应用。

背景技术

钛酸盐已经被广泛应用在电池电极、压电等领域，是材料领域研究的热点。钛酸盐材料的应用性能与其粒径大小密切相关。例如，纳米结构可以减小材料的颗粒粒径，当应用于电池电极时，可以减少离子嵌入与嵌出的距离和路径，提升电池的快速充放电性能；纳米结构还可以增加材料的比表面积，可吸附更多的导电剂并增加与电解液的接触面积，减少电流密度，进一步提升材料的快速充放电性能。因此，制备合成具有纳米尺度的钛酸盐颗粒将大大提高钛酸盐材料的应用效果。

现有生产钛酸盐的方法主要包括固态合成以及水热反应制备。其中，固态合成方法通常采用二氧化钛和碳酸盐或氢氧化物经球磨混匀后，在大于800摄氏度的高温下退火处理得到。该方法制备得到的钛酸盐尺寸通常在微米尺度，形貌和均一性都不好且纯度不高，从而无法获得钛酸盐材料的最佳应用效果。

纳米结构钛酸盐的水热制备方法通常以商业二氧化钛和氢氧化钠为起始原材料，通过水热法制备出钛酸钠，并将钛酸钠浸泡在酸溶液中，利用离子交换法得到了钛酸；随后将钛酸与金属盐溶液混合后获得钛酸盐前驱物，之后产物在不同温度下退火处理，得到钛酸盐产物。该制备方法的水热过程涉及到高温高压，危险性大；同时，该反应体系为10摩尔每升的氢氧化钠，在大于180℃的高水热温度和大于10个大气压的高水热压力下，具有很强的腐蚀性。该反应体系对水热反应设备的要求非常苛刻，很难寻找到合适的反应设备，合成成本昂贵。此外，该制备方法使用到的腐蚀性碱浓度很高，造成后续的钛酸钠产品分离提纯困难，也给环境带来严重的污染。因此，纳米结构钛酸盐的水热制备方法不论在合成设备还是合成过程及后续处理等方面仍面临诸多难题，无法实现规模化生产。

因此，开发工艺流程简单，无需高温或高压的合成条件，便于规模化生产纳米结构钛酸盐的制备方法，仍具有重大的挑战。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种钛酸盐的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种钛酸盐。

本发明的再一目的在于提供所述钛酸盐的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种纳米结构钛酸盐的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

S1、制备含有钛过氧络合物的分散液；

S2、往所述含有钛过氧络合物的分散液中缓慢加入金属化合物形成溶液；

S3、常温常压条件下，往所述溶液中添加醇促使溶液中产生纳米结构钛酸盐前驱物沉淀，分离获得钛酸盐前驱物；

S4、将所述前驱物干燥后，经热处理获得纳米结构钛酸盐产物。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钛酸盐选自钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、钛酸钙、钛酸钡、钛酸锶、和钛酸铜钙中的一种或者几种的组合。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S1所述含有钛过氧络合物的分散液中钛过氧络合物浓度为0.01摩尔每升至1摩尔每升。

根据本发明一些具体实施方案，其中，步骤S1所述含有钛过氧络合物的分散液中钛过氧络合物浓度为0.05摩尔每升至0.5摩尔每升。