[发明专利]一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法

权利要求书

1.一种空心二氧化钛@碳复合微球的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）首先，将二氧化硅纳米球在超声作用下，分散在含有表面活性剂和碱催化剂的有机溶剂中，随后加入钛源，在20-50℃温度下进行水解与缩聚反应1-5h；离心分离、乙醇清洗后得到二氧化硅@二氧化钛核-壳结构复合物；该二氧化硅@二氧化钛核壳结构复合物的二氧化钛壳层厚度为20-70nm；

在反应体系中，所述二氧化硅纳米球的浓度为1-10mg/mL；碱催化剂浓度为0.1-1mol/L，钛源与二氧化硅纳米球的质量比为1:1-20:1；钛源与表面活性剂的质量比为1:1-10:1；

所述二氧化硅纳米球粒径大小为150-500nm；

（2）将步骤（1）制得的二氧化硅@二氧化钛复合物分散至强碱溶液中，使强碱溶液的浓度为1-3mol/L；在80-150℃温度下水热处理8-12h，制得由纳米片构筑的空心结构钛酸盐微球；该钛酸盐微球具有双壳层空心结构，微球直径为200-600nm，空腔直径为100-300nm，壳层厚度为50-100nm；

（3）将步骤（2）制得的钛酸盐微球分散至浓度为0.05-1mol/L的碳源水溶液中，在150-200℃温度下水热处理2-5h，然后在惰性气氛下加热、焙烧，焙烧温度为500-1000℃，焙烧时间为2-5h，获得空心结构二氧化钛@碳复合微球；其中，壳层由碳包覆的锐钛矿型二氧化钛纳米片构筑而成，壳层厚度为50-100nm，晶粒尺寸为10-20nm；复合微球的粒径尺寸为200-600nm，碳含量为5-20wt%；

该空心二氧化钛@碳复合微球的比表面积为150-400m²/g，孔容为0.50-0.90cm³/g，孔径为10-20nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，采用二氧化硅纳米球为形成空腔的模板，所用的二氧化硅纳米球是商售的，或由下述方法合成的：

向含有碱催化剂的水溶液和有机溶剂混合液中加入硅源，在20-40℃温度下搅拌0.5-10h，离心分离，乙醇清洗，获得尺寸均一的二氧化硅纳米球；

其中，所述碱催化剂选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、甲胺、乙胺，浓度为0.1-0.5mol/L；有机溶剂选自乙醇、甲醇、乙二醇、乙醚、苯、甲苯、四氢呋喃；碱催化剂与有机溶剂的体积比为1:1-1:10；硅源选自正硅酸乙酯、三氯硅烷、四氯硅烷；硅源浓度为0.01-0.5g/mL。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所用超声分散二氧化硅纳米球的功率为50-2500W。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所用的表面活性剂选自十六胺、十四胺、十二胺、双十二烷基胺、1-氨基十五烷、1-氨基十一烷；

所用的碱催化剂选自有机碱甲胺、乙胺、二甲胺、二乙胺、三乙胺，或选自无机碱氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化锂；

所用的有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、丁醇、苯甲醇、乙醚、乙氰、己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、乙酸乙酯或二甲基甲酰胺；

所用钛源选自有机钛源钛酸四丁脂、钛酸异丙酯、钛酸四乙酯、异丙醇钛、柠檬酸钛，或选自无机钛源：氯化钛、硫酸钛或硫酸氧钛。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所用的强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙或氢氧化锂。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所用的碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、多巴胺、吡咯、苯胺或苯酚。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，焙烧过程中所用的惰性气氛是氮气或氩气；加热时，控制升温速率为2-10℃/min。

8.一种由权利要求1-7之一所述的制备方法得到的空心二氧化钛@碳复合微球。

9.如权利要求8所述的空心二氧化钛@碳复合微球在制备钠离子电池负极材料中的应用。