一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及有机

A multilevel titanium dopamine composite and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机
‑
无机杂化材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术不足，本专利技术提供了一种多级钛多巴胺复合材料及其制备方法和应用，本专利技术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。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]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；
[0008]其中，过渡金属源为除钛源以外的过渡金属源；
[0009]去离子水与丙酮的体积比为1：0.5
‑
4；
[0010]多巴胺与钛源的质量比为0.5
‑
1：1。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]优选的，钛源与过渡金属源的质量比为1
‑
20：1。
[0015]优选的，所述引发剂为氨水或者三羟甲基氨基甲烷；
[0016]当引发剂为三羟甲基氨基甲烷时，引发剂与钛源的质量比为2
‑
5：1；
[0017]当引发剂为氨水时，氨水的体积与钛源的质量比为20
‑
100μL：20mg。
[0018]优选的，还包括热处理，所述热处理为氧化热处理、硫化热处理或硒化热处理中的一种，热处理后制得多级钛多巴胺复合纳米微球。
[0019]优选的，所述热处理的方法为：将干燥后的多级钛多巴胺复合材料进行高温煅烧，所述热处理的具体步骤为：
[0020]若采用氧化热处理，则于管式炉内，于氧化处理条件为500℃下煅烧2h；
[0021]若采用硫化热处理或硒化热处理，则于管式炉内，将多级钛多巴胺复合材料与硫粉或硒粉一起置于氩气氛围下，于500
‑
800℃煅烧4h；
[0022]其中，多级钛多巴胺复合材料与硫粉或硒粉质量比为1：4
‑
9。
[0023]本专利技术还保护了制备方法制备得到的多级钛多巴胺复合材料，其特征在于，所述多级钛多巴胺复合材料的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。
[0024]本专利技术还保护了多级钛多巴胺复合材料在制备储能材料中的应用。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]1、本专利技术的方法是：通过耦合多巴胺与钛源，利用多巴胺的自组装功能，使得钛金属离子均匀分散在多巴胺中形成杂化纳米微球，同时引入其他过渡源金属(如钛、钼、钒、铁)，再加入一定的引发剂，诱导发生金属离子配位反应，进一步调整去离子水和丙酮的比例来实现对纳米微球表面结构的有效调控，从而能够制得多种形貌、多种组成的多级钛多巴胺杂化纳米微球；去离子水和丙酮要先保证多巴胺和钛源能够溶解以便充分发生反应，若不在本申请的比例范围内，无法形成纳米微球，会形成无规则形态的混合物。
[0027]2、本专利技术的方法通过一步搅拌溶解，可控的得到实心的多级钛多巴胺小球，制备过程简单高效安全，且增加了反应的实用性和通用性，有利于工业规模生产。另外，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导电性差，性能衰减严重，制备过程中纳米晶的团聚和粉碎，且制备方法复杂性，不适用大多数钛基杂化材料的问题。
[0028]3、本专利技术得到的纳米微球利用金属离子与有机配体的周期性排列，得到一种形貌和成分可调的实心多级钛多巴胺小球，该纳米微球能够作为前驱体，通过进一步的热处理，如氧化、硫化或硒化，经过进一步的煅烧，能够原位转化为钛基杂化物，合成过渡金属纳米晶/碳纳米球/钛基纳米晶紧密耦合的分层次纳米球，多级钛多巴胺复合纳米微球有效限制了纳米颗粒的尺寸，阻止其在高温下的聚合，并实现其与碳基质的紧密耦合。以达到彼此协
调，产生协同效应和结构稳定性，提供更多的反应界面，暴露更多的可及活性位点，促进电解液渗透，加快电化学反应的同时并限制体积变化，使电化学性能提高。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1中所得材料的TEM图；
[0030]图2为本专利技术实施例1中所得材料煅烧后的XRD图；
[0031]图3为本专利技术实施例2中所得材料的TEM图；
[0032]图4为本专利技术实施例2中所得材料煅烧后的XRD图；
[0033]图5为本专利技术实施例4中所得材料的TEM图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于，钛源与过渡金属源的质量比为1
‑
20：1。6.根据权利要求1所述的一种多级钛多巴胺复合材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，秦依钒，朱芷霄，赵泽军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：