二维钛基纳米材料及其制备方法与其储镁应用技术

二维钛基纳米材料及其制备方法与其储镁应用，本发明专利技术提供了一种二维纳米材料，所述二维纳米材料由钛酸钠组成，晶面间距为0.85nm。这独特的形貌能够充分暴露钛酸钠材料的活性晶面，缩短镁离子传输路径，加强材料的离子导电性，从而提高其电化学动力学性能；同时，该二维纳米材料应用于电极材料时能够通过贯穿的钛酸钠和金属钛界面进行电子传输，提高材料的电子传输效率，进而增强整个电极的电子导电性。此外，该二维纳米材料还表现出优异的储镁性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
二维钛基纳米材料及其制备方法与其储镁应用


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，特别是涉及一种二维钛基纳米材料及其制备方法与其储镁应用。

技术介绍

[0002]镁资源在世界上的储量丰富，镁元素在地壳元素含量排位中位列第五，体积比能量密度高达3833mA h cm
‑3，且安全、稳定、易于操作，因此可充镁电池的创新与发展受到了广泛关注。可充镁电池的工作原理为：用两个能可逆的嵌入和脱嵌镁离子的化合物作为电池的正负极，构成二次电池，当电池充电时，镁离子从一极脱嵌，在另一极嵌入，放电时反之。但由于二价镁离子的半径较小、电荷密度较大，导致其极化作用大、溶剂化作用强，在镁离子嵌入过程中容易发生不可逆的反应。因此，可选择的能应用于可充镁电池的正极材料非常之少。
[0003]钛酸钠(Na2Ti3O7)作为一种新型电池材料，具有无毒、原料丰富与安全性好等优点，此外，钛酸钠是一种层状化合物，其天然层间距高达0.84nm，在多价离子脱嵌和储存方面具有非常大的潜力。然而，由于钛酸钠的电子导电性较差，严重影响了其电化学表现。此外，传统的钛酸钠材料多为一维纳米结构，如纳米带、纳米棒、纳米管和纳米线等，其活性晶面暴露得不充分，导致材料的离子导电性较差，尤其是对于极化作用较强的二价镁离子。综上，较差的电子导电性与离子导电性限制了钛酸钠在镁电池中的应用。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种二维纳米材料，该二维纳米材料由钛酸钠组成，晶面间距为0.85nm，该二维纳米材料具有较优的离子导电性与较高的电子传输效率。
[0005]本专利技术通过如下技术方案实现。
[0006]一种二维纳米材料，所述二维纳米材料由钛酸钠组成，晶面间距为0.85nm。
[0007]在其中一个实施例中，所述二维纳米材料呈片状结构，所述二维纳米材料的最大直径为5μm，所述二维纳米材料的厚度为40nm～60nm。
[0008]本专利技术还提供一种二维纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]取第一钛箔进行刻蚀反应，制备第二钛箔；刻蚀反应的条件为：用盐酸第一次洗涤所述第一钛箔；
[0010]将所述第二钛箔进行超声处理，再浸泡于第一氢氧化钠溶液中，制备第三钛箔；
[0011]取所述第三钛箔与第二氢氧化钠溶液混合，进行水热反应，水热反应结束后，收集固体，并第二次洗涤所述固体，直至第二次洗涤后的溶液的pH值为7.5，然后干燥；
[0012]取干燥后的产品加热。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一钛箔的厚度为10μm～40μm，所述第一钛箔的纯度为95％～99％。
[0014]在其中一个实施例中，超声处理的条件为：将所述第二钛箔依次置于丙酮、水与乙
醇中超声，每次超声的时间为3min～8min。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L～2mol/L，所述第二氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L～2mol/L。
[0016]在其中一个实施例中，浸泡的时间为1.8h～2.2h。
[0017]在其中一个实施例中，盐酸的浓度为0.8mol/L～1.2mol/L。
[0018]在其中一个实施例中，水热反应的温度为150℃～200℃，水热反应的时间为12h～36h。
[0019]在其中一个实施例中，第二次洗涤所采用的溶剂为乙醇和水。
[0020]在其中一个实施例中，干燥的温度为60℃～120℃，干燥的时间为10h～14h。
[0021]在其中一个实施例中，加热的温度为400℃～800℃，加热的时间为2h～8h。
[0022]本专利技术还提供一种如上所述的二维纳米材料在制备镁电池中的应用。
[0023]与现有技术相比较，本专利技术的二维纳米材料具有如下有益效果：
[0024]本专利技术所述的二维纳米材料由钛酸钠组成，具有宽晶面间距，这独特的形貌能够充分暴露钛酸钠材料的活性晶面，缩短镁离子传输路径，加强材料的离子导电性，从而提高其电化学动力学性能；同时，该二维纳米材料应用于电极材料时能够通过贯穿的钛酸钠和金属钛界面进行电子传输，提高材料的电子传输效率，进而增强整个电极的电子导电性。
[0025]此外，本专利技术所述的二维纳米材料还表现出优异的储镁性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例3提供的一种二维纳米材料的XRD图；
[0027]图2为本专利技术实施例3提供的一种二维纳米材料的电镜图，其中，(a)与(b)表示二维纳米材料的SEM图，(c)与(d)表示二维纳米材料的TEM图；
[0028]图3为本专利技术实施例3提供的一种二维纳米材料的镁离子储存性能图，其中，(a)表示充电曲线和放电曲线图，曲线1为充电曲线，曲线2为放电曲线，(b)表示比容量与循环周数的关系图；
[0029]图4为本专利技术对比例1提供的一种二维纳米材料的SEM图；
[0030]图5为本专利技术对比例1提供的一种二维纳米材料的XRD图；
[0031]图6为本专利技术对比例1提供的一种二维纳米材料的镁离子储存性能图，其中，曲线1为充电曲线，曲线2为放电曲线。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关实施例对本专利技术进行更全面的描述。实施例中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]本专利技术提供了一种二维纳米材料，二维纳米材料由钛酸钠组成，晶面间距为0.85nm。
[0035]可以理解地，在本申请中，纳米材料是指材料在某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米尺度，而二维纳米材料指在二维方向上的尺度达到纳米尺度的材料。二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质，且不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各向异性。
[0036]在一个具体的示例中，二维纳米材料呈片状结构，二维纳米材料的最大直径为5μm，二维纳米材料的厚度为40nm～60nm。
[0037]本专利技术还提供一种二维纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038]取第一钛箔进行刻蚀反应，制备第二钛箔；刻蚀反应的条件为：用盐酸第一次洗涤第一钛箔；
[0039]将第二钛箔进行超声处理，再浸泡于第一氢氧化钠溶液中，制备第三钛箔；
[0040]取第三钛箔与第二氢氧化钠溶液混合，进行水热反应，水热反应结束后，收集固体，并第二次洗涤固体，直至第二次洗涤后的溶液的pH值为7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维纳米材料，其特征在于，所述二维纳米材料由钛酸钠组成，晶面间距为0.85nm。2.根据权利要求1所述的二维纳米材料，其特征在于，所述二维纳米材料呈片状结构，所述二维纳米材料的最大直径为5μm，所述二维纳米材料的厚度为40nm～60nm。3.一种二维纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取第一钛箔进行刻蚀反应，制备第二钛箔；刻蚀反应的条件为：用盐酸第一次洗涤所述第一钛箔；将所述第二钛箔进行超声处理，再浸泡于第一氢氧化钠溶液中，制备第三钛箔；取所述第三钛箔与第二氢氧化钠溶液混合，进行水热反应，水热反应结束后，收集固体，并第二次洗涤所述固体，直至第二次洗涤后的溶液的pH值为7.5，然后干燥；取干燥后的产物加热。4.根据权利要求3所述的二维纳米材料的制备方法，其特征在于，所述第一钛箔的厚度为10μm～40μm，所述第一钛箔的纯度为95％～99％。5.根据权利要求3所述的二维纳米材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈程成，唐云涛，曹树波，赵振博，朱刚，刘熙阅，谭博寅，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：