[发明专利]TiN(B)@TiO2

说明书

本发明属于新型复合陶瓷颗粒材料合成技术领域，公开了一种TiN(B)@TiO₂核‑壳颗粒粉末材料及其制备方法，TiN(B)@TiO₂核‑壳颗粒粉末材料由TiN(B)核心和包覆在TiN(B)外部的TiO₂壳层组成；所述TiN(B)@TiO₂核‑壳颗粒粉末材料的核心是固溶有B元素的TiN，其中B的成分为0.5‑8at％，表示为TiN(B)，具有TiN型晶体结构，导电性优于TiN；TiO₂在TiN(B)核心上原位生长，与TiN(B)结合紧密，外部有微孔，表面积大，包含B元素，B的含量为0.2‑1at％。本发明作为电极能提高Li‑S电池和超级电容器的输出功率和稳定性，作为吸波材料可增强吸波效果。

技术领域

本发明属于新型复合陶瓷颗粒材料合成技术领域，尤其涉及一种TiN(B)@TiO₂核-壳颗粒粉末材料及制备方法。

背景技术

目前，TiN是众所周知的陶瓷材料，有熔点高，耐腐蚀和导电性好优点，其电导率在4000至55500S/cm之间。通常将其作为集电体用在Li-S电池，超级电容器和锂电池等化学电源中，以期减少内阻，提高效率。最近发现的类似金、银所特有的区域等离子化功能使TiN在光催化领域倍受青睐，人们试图用它替代金、银贵金属。而其壳层TiO₂则是半导体材料，表面具有亲水的Ti-O官能团和羟基，因而，具有良好的吸附性。在作为正极材料时，很容易与Li-S电池中的硫化物进行化学键合，增加输出功率，提高循环寿命。TiO₂的良好吸附性常被应用于Li-S电池，超级电容器和锂电池等化学电源。

在紫外光照射下TiO₂的电子-空穴对产生热电子运动，因而可对废水和有毒垃圾进行消毒和降解处理。

TiN和TiO₂都是化学储能器和光催化领域中的一种重要材料，因此，由它们复合成的TiN/TiO₂复合材料也是化学储能器和光催化领域中的一种重要材料。TiN导电性好，TiO₂导电性差，但吸附性好，它们的组合可扬长避短，获得更多的优点。

TiN距离金、银的导电性还有一段差距，需要进一步提高才能实现对金、银的替代。TiO₂仍然有二个不能令人满意缺点，一是导带宽度大，为3.2eV；二是效率低，不能利用可见光能量。而它们的复合材料的主要缺点是TiN/TiO₂界面的结合性差，接触电阻大，不利于电子传输。现有TiN/TiO₂复合材料的制备方法包括水热合成，强酸氧化，CVD和激光气相沉积等，这些制备方步骤多，工艺复杂，成本高，产量低，容易造成环境污染，不适合批量生产，并且TiN与TiO₂的结合属于物理结合，结合性能差。因此，亟需一种新的TiN与TiO₂相结合的复合材料及其制备方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)TiN距离金、银的导电性还有一段差距，需要进一步提高才能实现对金、银的替代；TiO₂仍然有二个不能令人满意缺点，一是导带宽度大，为3.2eV，通过掺杂金属、非金属元素能够减小禁带宽度，但是减小范围有限；二是效率低，不能利用可见光能量。

(2)现有TiN和TiO₂的复合材料的主要缺点是TiN/TiO₂界面的结合性差，接触电阻大，不利于电子传输。

(3)现有TiN合成方法属于化学反应合成，合成温度高于1000℃；TiN/TiO₂复合材料的制备方法包括水热合成，强酸氧化，CVD和激光气相沉积等，这些制备方步骤多，工艺复杂，成本高，产量低，不适合批量生产，并且TiN与TiO₂的结合属于物理结合，结合性能差。

解决以上问题及缺陷的意义为：