[发明专利]一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机‑无机杂化材料技术领域，具体涉及一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用，其结构为实心的纳米微球，碳基质均匀地分布在整个纳米微球上，过渡金属离子和碳基质有序地排列在纳米微球表面，含钛源的金属离子分布在纳米微球的表面和内部。该方法将多巴胺与钛源耦合，调整去离子水和丙酮的比例，同时引入其他过渡源金属，得到多种形貌、多种组成的多级钛基复合材料纳米微球，并通过钛源与其他过渡源金属产生协同效应，用以增强纳米微球的结构稳定性和化学稳定性。本发明的方法通过一步搅拌溶解，即得到实心的钛基复合纳米微球，制备过程又简单高效安全，增加了反应的实用性和通用性，有利于工业规模生产。

技术领域

本发明涉及有机-无机杂化材料技术领域，具体涉及一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机-无机杂化材料具有结构、成分和形貌可调性以及低成本和生物相容性等优势，在电催化、能源和光电学等方面均具有广泛的应用。有机-无机杂化材料中，不同尺度和特征的组分相互结合为复杂多样的复合材料，可作为高性能材料的前驱体，再经过后续的处理得到新型的高性能材料，也可以直接作为催化剂实现活性位点的精准调控。因此，设计制备新型的有机-无机杂化材料，研究其结构和性能变化的规律，可为有机-无机杂化晶体新材料的应用提供更多可能。

钛作为一种过渡金属，钛基纳米材料在能量转换和储存领域取得了重要的研究进展，一系列钛基纳米材料因其低成本，结构稳定，以及出色的可加工性而备受关注。但在实际应用中，合成的钛基杂化材料性能衰减快，导电性较差，而且其中的纳米晶本身较为脆弱且单一，时常发生纳米晶的聚集或者粉碎，导致和碳基体的紧密耦合难以实现。因此，提供一种简单高效的合成策略，制备一种形貌结构稳定，性能出色的钛基纳米材料仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明提供了一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用，本发明提供了一种利用多巴胺自组装作用以诱导金属离子配位反应的合成策略，来实现制备具有稳定结构和优异储能性质的钛基纳米材料；机体为：将多巴胺与钛源耦合，通过调整去离子水和丙酮的比例，以实现对纳米微球可形成不同表面结构的有效调控，同时引入其他过渡源金属，得到多种形貌、多种组成的多级钛多巴胺杂化纳米微球，并通过钛源与其他过渡源金属产生协同效应，用以增强纳米微球的导电性和化学稳定性，解决了现有的钛基纳米材料存在的导电性差、性能衰减严重、制备过程中纳米晶的团聚和粉碎、以及制备方法复杂的缺陷，继而产生的不适用大多数钛基复合材料的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将多巴胺溶于去离子水得到溶液A；将钛源溶于丙酮得到溶液B；然后将溶液A与溶液B混合，加入过渡金属源，再加入引发剂，搅拌8-14h后，将沉淀经洗涤、干燥处理，得到多级钛多巴胺复合材料；

其中，过渡金属源为除钛源以外的过渡金属源；

去离子水与丙酮的体积比为1：0.5-4；

多巴胺与钛源的质量比为0.5-1：1。

优选的，所述钛源包括但不限于二氯二茂钛、三氯化钛、四氯化钛、硫酸氧钛、六氟钛酸铵。

优选的，所述过渡金属源为钨源、钼源、钒源、铁源中的任意一种或者多种的混合。

优选的，钨源包括但不限于钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵、磷钨酸，钼源包括但不限于钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾、磷钼酸，钒源包括但不限于偏钒酸钾、偏钒酸钠、偏钒酸铵、多钒酸铵，铁源包括但不限于乙酰丙酮化铁、二茂铁、硫酸亚铁铵中的任意一种或者多种的混合。

优选的，钛源与过渡金属源的质量比为1-20：1。

优选的，所述引发剂为氨水或者三羟甲基氨基甲烷；