一种晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域，具体涉及一种晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用，该方法可以提高金红石的压电光催化性能。

背景技术

二氧化钛(TiO

同时为了满足新能源对未来关键技术的需求，迫切需要新型电池。混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的发展，在很大程度上取决于高能量、高功率、安全、长寿命的电池的成本和可用性。现有的电池无法满足这些要求。需要开发具有设计灵活、功率大、安全、循环寿命长等特点的新型电池。这些新型电池将具有更好的容量能量、耐滥用性能和充放电功率。通过使用成熟的锂离子技术和低成本的原材料，将实现合理的成本。由于使用石墨基阳极在特定的工作条件下表现出不良的性能，即低温和高充放电率。因此，人们对开发具有增强动力学和高速率能力的替代阳极材料越来越感兴趣。基于氧化钛的阳极材料由于其在廉价、安全性和毒性方面的优势(甚至与其他潜在的阳极材料相比)，有希望成为炭质阳极的替代材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用，通过熔盐法刻蚀钛酸镁获得高纯度晶格扭曲的金红石相TiO

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料的制备方法，该方法是利用低温熔盐法将钛酸镁(MgTiO

该方法是以钙钛矿材料钛酸镁和无机非金属盐氯化铵为原料，将无机非金属盐NH

该方法具体包括如下步骤：

(1)配置反应前驱体：将钛酸镁(MgTiO

(2)低温熔盐法刻蚀：将步骤(1)所得反应前驱体倒入坩埚中，放入马弗炉内，升温到350-400℃并保温6-12h，随炉自然冷却后完成刻蚀过程；

(3)洗涤与烘干：将步骤(2)中刻蚀后所得物料取出后，用去离子水反复离心洗涤后，再用酒精清洗；将洗涤后所得粉末在50-80℃条件下干燥过夜，得到钛酸镁与金红石相TiO

(4)将得到的两相混合材料与氯化铵(NH

(5)在步骤(2)刻蚀条件下，不能将原料钛酸镁(MgTiO

所制备的晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料为四方晶相，晶粒尺寸为20-80nm。

所述晶格扭曲的金红石相二氧化钛纳米材料的晶格扭曲，其晶格参数a轴＝b轴，a轴与b轴相较于商用二氧化钛材料伸长，c轴相较于商用二氧化钛材料则缩短。

该二氧化钛纳米材料由于晶格畸变(扭曲)导致其中心电子结构不对称进而产生极化，使其产生一定的压电材料性能，能够在施加一定的外力的作用下(施加压力)具有降解污染物性能。

该二氧化钛纳米材料的光吸收区域由紫外向可见区域扩宽，其禁带宽度为3.0-3.2eV，能够吸收太阳光谱中紫外与可见波段的光能。

该晶格扭曲的金红石相TiO

本发明的技术原理如下：

本发明将钙钛矿介电材料MgTiO

本发明的优点在于：

1.本发明工艺流程简单、操作简便，能耗低，产量大，适合大批量生产。

2.本发明利用氯化铵在熔融状态下对MgTiO

3.本发明制备晶格扭曲的金红石相TiO

4.本发明制备晶格扭曲的金红石相TiO

5.本发明制备晶格扭曲的金红石相TiO

6、本发明通过熔盐法刻蚀钛酸镁获得的高纯度晶格扭曲的金红石相TiO

附图说明

图1为实施例1中刻蚀形成晶格扭曲的金红石相TiO

图2为实施例1中刻蚀形成晶格扭曲的金红石相TiO

图3为实施例1中刻蚀形成晶格扭曲的金红石相TiO

图4为实施例1刻蚀形成晶格扭曲的金红石相TiO

图5为实施例1刻蚀形成晶格扭曲的金红石相TiO

具体实施方式

以下结合附图和实施例详述本发明。

本发明提供一种晶格扭曲的金红石相TiO

所述的晶格扭曲所导致的结构上的不对称性是指，晶格参数a＝b，且a轴与b轴较商用金红石相二氧化钛伸长，c轴较商用金红石相二氧化钛则缩短，由此引起中心电荷不对称而导致产生极化。

该材料为单相四方相的金红石晶体，晶粒尺寸在20-80nm之间。

该材料禁带宽度为3.0-3.2eV，能够吸收太阳光谱中紫外与可见波段的光能。

所述晶格扭曲的金红石相TiO

以下实施例中，所用水均为去离子水，在整个过程中的配比都是非化学计量比，直接按照质量比进行配比。

实施例1

本实施例晶格扭曲的金红石相TiO

(1)按照MgTiO

(2)将步骤(1)中球磨完成的样品取出倒入坩埚并盖上锅盖，放入马弗炉内，以10℃/min的升温速率快速升至略高于NH

(3)将步骤(2)得到样品经反复离心，水洗、乙醇洗涤后在60℃的烘箱中干燥12h，即得到MgTiO

(4)将一次刻蚀的样品和NH

(5)将烘干后的样品在重复步骤(4)过程对其再进行5次刻蚀、洗涤和干燥处理，即可获得晶格扭曲的金红石相TiO

图1为本实施例制备的晶格扭曲的金红石相TiO

图2为本实施例制备晶格扭曲的金红石相TiO

图3为刻蚀样品的XRD精修图，通过精修可以得到刻蚀样品的晶胞参数变化，结果表明，a轴＝b轴，a轴和b轴相比于商业金红石相TiO

图4为本实施例制备晶格扭曲的金红石相TiO

实施例2：

将实施例1制备的晶格扭曲的金红石相TiO

图5为本实施例制备晶格扭曲的金红石相TiO

对比例1

本例的纳米光催化材料为商业金红石相TiO