[发明专利]核壳结构的二硼化钛表面包覆功能膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种核壳结构的二硼化钛表面包覆功能膜材料及其制备方法与应用。以二硼化钛作为内核，表层包覆有机或无机功能膜材料；有机功能膜材料通过低温气相聚合包覆；无机功能膜材料采用高温煅烧包覆。二硼化钛（TiB₂）表面包覆聚吡咯（PPy）记作TiB₂@PPy。包覆石墨相氮化碳（C₃N₄）作为壳层，记作TiB₂‑C₃N₄。该结构中存在功能薄膜状的包覆层以及金属相TiB₂与半导体接触产生的肖特基结，有利于调节催化剂表面的电子传输速率。包覆层与二硼化钛间的肖特基结能够促进电子从包覆层转移到二硼化钛，形成更多的电化学活性位点。该功能膜材料包覆二硼化钛在电催化领域具有巨大潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构的二硼化钛表面包覆功能膜材料及其制备方法与应用，具体是有低温导电高分子膜在二硼化钛表面气相聚合技术以及高温在二硼化钛表面包覆层状薄膜材料的的方法，属于功能为导向的功能纳米材料设计与修饰技术领域。

背景技术

层状过渡金属硼化物（TiB₂等）具有良好的导电性以及在酸中的稳定性，是非常具有潜力的电化学析氢材料。但是，由于其在制备过程中需要高温煅烧，造成材料颗粒间的团聚，使得暴露的电化学活性面积大大减小。

肖特基结是金属与半导体之间接触，由于费米能级的不同而形成的电子间的相互作用。由于肖特基结的存在，能够使电子在金属表面富集，形成大量的电化学活性位点，进而促进电化学析氢反应的进行。因此，选择气相聚合法制备导电高分子包覆二硼化钛；高温煅烧法制备石墨相氮化碳包覆二硼化钛。利用导电高分子及层状材料包覆二硼化钛的制备方法目前还未曾实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种核壳结构的二硼化钛表面包覆功能膜材料及其制备方法与应用。在金属相硼化物表面生长导电高分子或二维层状材料包覆层，以获得具有肖特基结的核壳结构。为了获得导电高分子及层状材料包覆金属相硼化物的核壳结构，本发明借助二硼化钛为基体，通过气相沉积法制备导聚吡咯包覆二硼化钛的核壳结构，或通过高温煅烧制备石墨相氮化碳包覆二硼化钛的核壳结构。该结构中存在功能薄膜状的包覆层以及金属相薄膜与半导体接触产生的肖特基结，有利于调节催化剂表面的电子传输速率。包覆层与二硼化钛间的肖特基结能够促进电子从包覆层转移到二硼化钛，形成更多的电化学活性位点以及加速氢气从催化剂表面脱附。该功能膜材料包覆二硼化钛在电催化领域具有巨大潜在应用价值。

本发明提供的一种核壳结构的二硼化钛表面包覆功能膜材料是以二硼化钛作为内核，表层包覆有机或无机功能膜材料；其中，有机功能膜材料通过低温气相聚合包覆；无机功能膜材料采用高温煅烧包覆。

所述的有机功能膜材料是二硼化钛表面包覆聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚3,4-乙烯二氧噻吩 (PEDOT)、聚吲哚（PIn）功能膜材料，二硼化钛作为内核，有机功能膜作为壳层，分别记作TiB₂@PPy、TiB₂@ PANI、TiB₂@ PEDOT活或TiB₂@ PIn。

所述的无机功能膜材料是二硼化钛表面包覆石墨相氮化碳（C₃N₄）无机功能膜材料，二硼化钛作为内核，石墨相氮化碳（C₃N₄）作为壳层，记作TiB₂-C₃N₄。

所述的PPy壳层为非晶纳米结构，厚度均匀5- 15纳米。

所述的石墨相氮化碳壳层为石墨相的层状结构，厚度为10 - 20纳米。

本发明提供的核壳结构的二硼化钛表面包覆聚吡咯（PPy）功能膜材料的制备方法包括的步骤：