本發明屬于無機半導體納米材料制備領域，更具體地，涉及一種鐵摻雜氮化鈦納米管及其制備方法和應用。

背景技術：

氮化鈦是一種金黃色的新型無機半導體材料，其具有硬度大、熔點高、摩擦系數小等特點，是良好的導熱導電體。氮化鈦有很多良好的性能，并被廣泛應用到一些領域。其中，利用氮化鈦硬度大的特點，可應用于切割工具和磨料磨具材料等領域，并在金屬陶磁工具、噴氣推進器及火箭等性能優良的結構材料方面得到廣泛應用；氮化鈦的摩擦系數較低，可作為高溫潤滑劑，故在軸承的潤滑和抗磨方面顯示出優良的效果；氮化鈦具有導熱和熔點高的特點，可作為耐腐蝕、耐高溫的暖氣片等高熔點的導熱材料；氮化鈦又是良好的導電體，在電子器件方面可用作溶鹽電解的電極、點觸頭、薄膜電阻及作為陽極材料的載體等材料。特別地，由于氮化鈦涂層具有金黃色光澤，通過CVD法在表鏈上、家居上、裝飾品上以及一些工藝品上沉積氮化鈦涂層，在增加仿黃金色效果的同時也提高了妝飾的價值，還使材料具有防腐能力，并加強了材料的抗磨性能等。

金屬摻雜氮化鈦會使氮化鈦在性能上有很大提高。CN101736303 A的專利介紹了一種鉻摻雜氮化鈦磁性半導體多晶薄膜的制備方法，并制備一種室溫鐵磁性薄膜。張治軍的CN 102360944 A專利介紹了一種鐵元素摻雜氮化鈦納米顆粒，其制備的新型摻雜鐵的氮化鈦納米顆粒，具有明顯的室溫鐵磁性能和良好的微波吸收性能。但已制備的金屬鐵摻雜氮化鈦的形貌幾乎都是納米顆粒狀，比表面積較小，催化效果較低，電子和物質的傳遞效率較低。因此，提高金屬鐵摻雜氮化鈦的比表面積是需要解決的問題。目前，納米管狀結構尚未有報道過，如果制備出并大比表面積的管狀的鐵摻雜氮化鈦，這將為以后的工業發展提供幫助。

技術實現要素：

本發明的目在于克服以上現有技術的不足和缺點，提供一種鐵摻雜氮化鈦納米管的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述方法制備的鐵摻雜氮化鈦納米管。該鐵摻雜氮化鈦納米管具有較大的比表面積、良好的導電性和穩定性。

本發明的再一目的在于提供上述鐵摻雜氮化鈦納米管的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種鐵摻雜氮化鈦納米管的制備方法，包括如下步驟：

S1.將氯化鐵﹑硫酸氧鈦和一定量體積的無水乙醇﹑丁二醇及丁醚加入到高壓反應釜中超聲、攪拌，再將高壓反應釜進行恒溫加熱反應；

S2.反應結束后經自然冷卻、洗滌、過濾和干燥處理，經煅燒后，得到鐵摻雜的二氧化鈦；

S3.將步驟S2所得鐵摻雜的二氧化鈦進行氮化煅燒處理，即得到鐵摻雜氮化鈦納米管。

優選地，步驟S1中所述氯化鐵和硫酸氧鈦的摩爾比為0.01～0.1:1。

步驟S1中所述無水乙醇﹑丁二醇和丁醚的體積比為(1～2):(0.5～1):1。

優選地，步驟S1中所述加熱反應的溫度為120～200℃，加熱反應的時間為8～16h。步驟S1中所述超聲的時間為15～30min，所述攪拌的時間為15～30min，所述加熱反應的溫度為120～200℃，加熱反應的時間為8～16h。

優選地，步驟S2中所述洗滌的溶液為蒸餾水和無水乙醇。

優選地，步驟S2中所述干燥的溫度為60～80℃，所述干燥的時間為10～15h；所述煅燒的溫度為300～500℃，煅燒的時間為3～5h。

優選地，步驟S3中所述氮化煅燒的溫度為700～800℃，氮化煅燒的時間為2～5h。

上述方法制備的鐵摻雜氮化鈦納米管及其在稀磁材料﹑介電﹑微波吸收材料、電極催化劑載體和導熱材料領域中的應用。

優選地，所述鐵摻雜氮化鈦納米管的粒徑為50～200nm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1.本發明采用高壓恒溫和氮化煅燒相結合的方法制備鐵摻雜氮化鈦納米管，所需設備要求簡單，且操作簡單且安全，同時成本低，可以大規模生產。

2.本發明制備的鐵摻雜氮化鈦納米管是由鐵摻雜氮化鈦顆粒組合而成。管狀結構使其具有較大的比表面積，鐵摻雜使氮化鈦納米管具有的良好的導電性和電化學穩定性。

附圖說明

圖1為實施例1所得鐵摻雜氮化鈦納米管的XRD圖。

圖2為實施例1所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。

圖3為室溫下氮飽和的0.5mol/L H₂SO₄溶液中掃描實施例1所得鐵摻雜氮化鈦的循環伏安曲線。

圖4為實施例2所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。

圖5為實施例3所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。

圖6為實施例4所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。除非特別說明，本發明采用的試劑、方法和設備為本技術領域常規試劑、方法和設備。

實施例1

稱取0.0203g氯化鐵和2.000g硫酸氧鈦混合，將其依次加入帶有聚四氟乙烯內襯(100mL)的高壓釜中，再加入15mL丁二醇、15mL丁醚和30mL無水乙醇。再將聚四氟乙烯內襯放在超聲儀中超聲30min，之后再攪拌30min，攪拌結束后，把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯裝進反應釜中，在120℃下反應16h；待反應釜自然冷卻到室溫，然后過濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再置于60℃烘箱中干燥15h；后置于馬弗爐中在300℃下煅燒5h，最后再在管式爐中在700℃下煅燒5h，得到鐵摻雜氮化鈦納米管。

圖1為實施例1所制備的鐵摻雜氮化鈦納米管的XRD圖。其中，氮化鈦的XRD的標準為JCPDS NO.38-1420。從圖1中可知，標準氮化鈦的衍射峰分別在36.7°、42.6°、61.8°、74.1°和77.9°，而從鐵摻雜氮化鈦的圖譜可以看出，由于Fe元素的摻雜且沒有觀測到其它雜峰的存在，可知Fe完全進入了氮化鈦面心立方結構中，并且由于Fe的原子半徑Ti原子半徑更小，使得鐵摻雜氮化鈦的衍射峰往高角度偏移了。

圖2為實施例1所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖，所得鐵摻雜氮化鈦納米管的直徑在50-200nm，是由鐵摻雜氮化鈦納米顆粒組合而成。具有較大的比表面積、良好的導電性和電化學穩定性優點。

圖3為室溫下氮飽和的0.5mol/L H₂SO₄溶液中掃描實施例1所得鐵摻雜氮化鈦的循環伏安曲線。其中，掃描速度為50mV/s，掃描范圍為0-0.85V(vs.RHE)。從圖3中可知，經過50圈的掃描，沒有出現其它氧化還原反應的峰，對比第1圈和第50圈可知，鐵摻雜氮化鈦具有良好的電化學穩定性。

實施例2

稱取0.2028g氯化鐵和2.000g硫酸氧鈦混合；將其依次加入帶有聚四氟乙烯內襯(100mL)的高壓釜中，再加入15mL丁二醇、15mL丁醚和30mL無水乙醇。首先把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯放在超聲儀中超聲30min，之后再攪拌30min，攪拌結束后，把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯裝進反應釜中，在140℃下反應12h；待反應釜自然冷卻到室溫，然后過濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再置于70℃的烘箱中干燥14h；后置于400℃馬弗爐中煅燒4h，最后在管式爐中750℃下煅燒3h，得到鐵摻雜氮化鈦納米管。

圖4為實施例2所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖，所得鐵摻雜氮化鈦納米管平均直徑在50-200nm，是由鐵摻雜氮化鈦的納米顆粒組合而成。具有較大的比表面積、良好的導電性和電化學穩定性。

實施例3

稱取0.2028g氯化鐵和2.000g硫酸氧鈦混合，將其加入帶有聚四氟乙烯內襯(100mL)的高壓釜中，再加入15mL丁二醇、15mL丁醚和30mL無水乙醇。首先把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯放在超聲儀中超聲30min，后再攪拌30min，攪拌結束后，把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯裝進反應釜中，在160℃下反應10h；待反應釜冷卻后，然后過濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再置于80℃烘箱中干燥10h；后置于450℃馬弗爐中煅燒4h，最后在管式爐中750℃煅燒3h，得到鐵摻雜氮化鈦納米管。

圖5為實施例3所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。所得鐵摻雜氮化鈦納米管平均直徑在50-200nm，是由鐵摻雜氮化鈦納米顆粒組合而成。具有較大的比表面積、良好的導電性和電化學穩定性。

實施例4

稱取0.0203g氯化鐵和2.000g硫酸氧鈦混合，將其加入帶有聚四氟乙烯內襯(100mL)的高壓釜中，再加入15mL丁二醇、15mL丁醚和30mL無水乙醇。首先把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯放在超聲儀中超聲30min，之后再攪拌30min，攪拌結束后，把加入了反應物的聚四氟乙烯內襯裝進反應釜中，在200℃下反應10h；待反應釜冷卻后，然后過濾，依次用蒸餾水、無水乙醇洗滌，再置于80℃烘箱中干燥10h；后置于500℃馬弗爐中煅燒3h，最后在管式爐中800℃煅燒2h，得到鐵摻雜氮化鈦納米管。

圖6為實施例4所得鐵摻雜氮化鈦納米管的SEM圖。所得鐵摻雜氮化鈦納米管的平均直徑在50-200nm，是由鐵摻雜氮化鈦的納米顆粒組合而成。具有較大的比表面積、良好的導電性和電化學穩定性。

綜上所述，通過本方法能制備得到具有顆粒組合而成的鐵摻雜氮化鈦納米管，與其他現有相同制備技術相比具有方法、工藝以及所需設備要求簡單，操作簡單且安全，同時成本低，可以大規模生產等優點。所得鐵摻雜氮化鈦為管狀結構；具有較大的比表面積、良好的導電性和電化學穩定性。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合和簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。