[发明专利]一种钠离子插层型氧化钛纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠离子插层型氧化钛纳米管及其制备方法，属于无机纳米材料领域。采用水热法制备Na₂Ti₃O₇·2H₂O纳米带，并通过丁基锂与Na₂Ti₃O₇·2H₂O纳米带层间的水分子反应，得到Na₂Ti₃O₇·xH₂O纳米管。本发明纳米管具有Na₂Ti₃O₇·xH₂O的分子式，其中，x的值为0≤x2，晶体结构为单斜晶相，纳米管的直径为5～10nm。本发明通过丁基锂中锂与Na₂Ti₃O₇·2H₂O纳米带晶格中两侧的水反应，使得两侧与中间具有不同的元素分布从而卷曲成管状。本发明制备方法能够通过选择纳米带的宽度调整纳米管的直径，适合多种应用需求。

技术领域

本发明无机纳米材料领域，具体涉及一种钠离子插层型氧化钛纳米管及其制备方法。

背景技术

自1989年以来，石墨由于其低且稳定的锂嵌入电位(0.01-0.2V)，和高的理论比容量，迅速占领锂离子电池负极材料的主要市场。钠离子电池与锂离子电池具有相似存储机制，并且由于钠资源分布广泛、储量丰富、成本低廉而引起了人们的广泛关注。可充电钠离子电池被认为是最有希望的下一代电化学储能技术，特别是在对低成本和长循环寿命有要求的大型储能电站等领域。然而，钠离子电池的阳极材料如碳、合金、过渡金属氧化物由于较慢的反应速率而具有较低的性能，因此，如何开发成本低、循环寿命长、功率密度高的钠离子电池阳极材料仍然是一个巨大的挑战。

钛基氧化物因其结构膨胀小和适用的工作电压而被认为是理想的电极材料。其中Na₂Ti₃O₇作为一种典型的离子插入型钛基氧化物，由于其成本低、循环稳定性好、以0.3V(vsNa/Na⁺)为中心的稳定电压平台，被认为是一种很有前途的负极材料。然而，Na₂Ti₃O₇较差的离子导电性和电子导电性严重影响了其倍率性能。为解决这一问题，通常采用了碳包覆和形态控制等典型方法。例如现有技术中采用流变性相法制备了Na₂Ti₃O₇/C复合材料(WangW.；Yu C.；Lin Z.；Hou J.；Zhu H.；Jiao S.Nanoscale 2013,5,594.)，100次循环后容量为111.8mAh·g^-1(177mA·g^-1)，此外，通过水热法合成了由纳米管组成的微球Na₂Ti₃O₇(WangW.；Yu C.；Lin Z.；Hou J.；Zhu H.；Jiao S.Nanoscale 2013,5,594.)，在1770mA·g^-1的高电流密度下，其容量为90mAh·g^-1，100次循环后容量保持率为81％。在此基础上，如何进一步提高Na₂Ti₃O₇电极的反应速率以满足大功率器件的需求仍是一项紧迫的任务。

近年来，由于纳米管具有较短的离子输运长度、较大的接触表面积和稳定的结构，在提高离子电导率方面引起了人们的兴趣。然而，关于Na₂Ti₃O₇纳米管作为钠离子阳极材料的研究有限。因此，采用简便的方法制备Na₂Ti₃O₇纳米管，设计适合的结构以克服离子/电子导电性差的问题是值得研究的。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钠离子插层型氧化钛纳米管及其制备方法。