[发明专利]一种多孔层状二氧化钛的制备方法与应用

说明书

本发明公开一种多孔层状二氧化钛的制备方法与应用，将钛基MXene进行预处理之后，平铺在坩埚中，放入管式炉中，在氧气气氛下升温氧化，保温结束之后，持续通氧气降至室温，收集产物得到TiO₂；本发明通过MXene制备的具有多孔层状结构的TiO₂，改善了锂离子、钠离子在电极材料中的扩散、嵌入/脱出，其制备方法简单，因具有良好的多孔层状结构，可实现较高的电化学性能，在储能领域易实现工业化推广和应用。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及通过MXene制备得到多孔层状二氧化钛，并应用于储能技术领域。

背景技术

伴随着经济的快速发展，传统能源(如：石油、煤炭等)等一次能源是不可再生的，在消耗的过程中也带来了严重的环境问题。这就迫使人类去开发新的能源，利用自然资源开发的清洁能源(如：风能、太阳能等)，因其不能长期持续供电和受环境影响较大，未能广泛应用于生活中的电力系统。因此，研究新型储能技术尤为重要，二次电池成为实现可持续发展，提高能源利用率的重要技术手段，研究人员将目光转向了开发具有更高效、更安全、更清洁、寿命更长、成本低的二次电池。

目前已有的锂离子电池、钠离子电池等二次电池，具有较高的比容量、能量密度高、方便清洁等优势，成为了研究热点。

MXene材料由于其独特的优势，出色的电子导电性，可调节的层结构在储能设备中显出竞争性能，也受到越来越多的关注。然而，MXene的层间结构设计和界面功能，涉及层间间距和多孔结构，端基和表面缺陷，因此，在储能设备中的实际应用受到热反应动力学，活性位点有限、循环寿命短和材料利用效率差的问题的严重限制。

发明内容

本发明设计一种基于MXene制备多孔层状二氧化钛TiO₂及其在储能电池负极领域的应用，将片层状的MXene通过氧化反应，使其组成成分、晶型结构发生变化，应用在储能电池负极，能够有效地调控锂离子、钠离子在电极材料中的扩散、嵌入/脱出，减缓体积膨胀，提高电化学性能，在容量、倍率能力和循环稳定性方面表现出更好的性能；本发明方法具有简单易行、绿色环保、安全可控等优点。

本发明具体技术方案如下：

一种多孔层状二氧化钛的制备方法，将钛基MXene材料进行预处理之后，平铺在坩埚中，放入管式炉中，在氧气气氛下升温氧化，保温结束之后，持续通氧气降至室温，收集产物得到TiO₂。

所述MXene材料为M_n+1X_n或M_n+1X_nT_x，其中n为不包括0的自然数，M是金属Ti，X是C，T_x表示表面官能团，是-O、-F或-OH；MXene材料为市场购买得到。

所述钛基MXene材料的预处理方法如下：称取钛基MXene粉末，倒入浓度为1-2mol/L的NaOH溶液中进行刻蚀，以除去MXene中的Al元素，使用玻璃棒搅拌5-10min后，将混合液倒入离心管中，再用一个空白离心管倒入等量去离子水，将两根离心管放在离心机上以4000-5000rpm的速度离心20-40min，将离心后的上清液倒掉，离心收集的物料放入50-60℃烘箱中烘干12-24h处理，烘干后的料因结块需要使用研钵研磨30-60min将其磨碎；钛基MXene粉末与NaOH溶液的质量体积比g:mL为1-2:100。

所述氧气流速为4-6mL/min。

所述氧化温度是560℃-700℃，氧化时间为4h-6h，升温速率为2℃/min。

本发明还提供所述多孔层状二氧化钛作为储能材料负极在制备二次电池中的应用，二次电池包括钠离子电池或锂离子电池。

本发明具有以下优点：