本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及石墨—鈦低價(jià)氧化物(鈦黑)復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

能源與環(huán)境是21世紀(jì)的兩大世界性問(wèn)題，近三十年來(lái)，TiO₂作為一種多功能材料在能源和環(huán)境領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，已廣泛應(yīng)用于光催化降解、染料敏化太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能制氫等領(lǐng)域，但導(dǎo)電性差，可見(jiàn)光響應(yīng)差等缺陷限制了TiO₂的進(jìn)一步應(yīng)用。在TiO₂晶格中引入氧缺陷，當(dāng)鈦氧原子比例滿(mǎn)足n:2n-1時(shí)，原子自發(fā)重排，形成有序結(jié)構(gòu)，得到Ti_nO_2n-1系列亞氧化態(tài)化合物，被命名為Magnéli相氧化鈦，以紀(jì)念Magnéli對(duì)該系列新相的發(fā)現(xiàn)。Magnéli相氧化鈦具有TiO₂不可比擬的導(dǎo)電性和可見(jiàn)光響應(yīng)能力，此外，還具有抗腐蝕、耐磨損和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

近年來(lái)，Magnéli相氧化鈦在惰性電極、燃料電池、鋰電池、光催化和導(dǎo)電添加劑等方面的應(yīng)用已有諸多報(bào)道，成為國(guó)內(nèi)外鈦功能材料的研究熱點(diǎn)之一。Magnéli相氧化鈦主要有高溫還原法、激光燒蝕法和溶膠凝膠-燒結(jié)法三種制備工藝。Magnéli相氧化鈦的制備主要以TiO₂為原料，目前的制備方法存在反應(yīng)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)反應(yīng)氣氛要求苛刻和反應(yīng)產(chǎn)物物化性質(zhì)難以控制等缺點(diǎn)。

因此，探索和開(kāi)發(fā)一條全新的Magnéli相氧化鈦的制備工藝路線(xiàn)非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法。

石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將TiO₂與石墨粉按重量比為1:0.2～0.4混勻，成型，得到成型物料；

b、再將石墨粉均勻覆蓋在成型物料表面，在空氣氣氛下加熱到1100～1300℃，還原5～40min，然后倒入石墨粉中冷卻，得到還原產(chǎn)物；其中，石墨粉覆蓋厚度≥0.5cm；

c、將還原產(chǎn)物破碎，得到復(fù)合材料。

優(yōu)選的，步驟a中，TiO₂和石墨粉粒度均小于15μm，TiO₂和石墨粉中雜質(zhì)含量均小于1wt％。

優(yōu)選的，步驟a中，成型采用壓制或滾動(dòng)成型，得到塊狀或球狀成型物料。

優(yōu)選的，步驟b中，石墨粉覆蓋厚度為0.5～1cm。

優(yōu)選的，步驟b中，加熱方式為電熱、氣體燃燒熱或微波熱。

其中，步驟b中，還原產(chǎn)物中Ti的含量為50～60wt％，O的含量30～35wt％，C含量為5～20wt％。

優(yōu)選的，步驟c中，破碎的方式為球磨或氣流磨。

其中，步驟c中，復(fù)合材料粒度小于10μm。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料，由上述石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法制得。

本發(fā)明的石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料在電池電極、光催化劑、選擇性吸收涂層或光電轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果：

1、在空氣氣氛下制備石墨-鈦低價(jià)氧化物(鈦黑)復(fù)合材料，不需要真空或者通入保護(hù)氣體，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境要求低。

2、本工藝在較短的還原時(shí)間可以制備出石墨-低價(jià)鈦氧化物復(fù)合材料。

3、本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低且原料儲(chǔ)量巨大，該工藝方法便于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

4、由于石墨本身也具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，因此本復(fù)合材料應(yīng)用前景較好。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)例1所制備的產(chǎn)品XRD圖；

圖2本發(fā)明實(shí)例1所制備的產(chǎn)品SEM圖；

圖3本發(fā)明實(shí)例2所制備的產(chǎn)品XRD圖；

圖4本發(fā)明實(shí)例3所制備的產(chǎn)品XRD圖；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法。

石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將TiO₂與石墨粉按重量比為1:0.2～0.4混勻，成型，得到成型物料；

b、將成型物料放入坩堝，再將石墨粉均勻覆蓋在成型物料表面，在空氣氣氛下加熱到1100～1300℃，還原5～40min，然后倒入石墨粉中冷卻至室溫，得到還原產(chǎn)物；其中，石墨粉覆蓋厚度≥0.5cm；覆蓋石墨粉的作用是防止在還原過(guò)程中樣品氧化；加入石墨粉中冷卻也是為了避免產(chǎn)品在冷卻過(guò)程中氧化。

c、將還原產(chǎn)物破碎，得到復(fù)合材料。

其中，TiO₂可以用偏鈦酸替代，偏鈦酸與石墨粉的混合比例按偏鈦酸(TiO₂·H₂O)中的TiO₂與石墨粉的重量比為1:0.2～0.4混合。

優(yōu)選的，步驟a中，TiO₂和石墨粉粒度均小于15μm，TiO₂和石墨粉中雜質(zhì)含量均小于1wt％。

優(yōu)選的，步驟a中，成型采用壓制或滾動(dòng)成型，得到塊狀或球狀成型物料,壓制成型可以使還原劑與被還原的對(duì)象緊密接觸，提高反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)。

優(yōu)選的，步驟b中，石墨粉覆蓋厚度為0.5～1cm。

優(yōu)選的，步驟b中，加熱方式為電熱、氣體燃燒熱或微波熱。

其中，步驟b中，還原產(chǎn)物中Ti的含量為50～60wt％，O的含量30～35wt％，C含量為5～20wt％。

優(yōu)選的，步驟c中，破碎的方式為球磨或氣流磨。

其中，步驟c中，復(fù)合材料粒度小于10μm。

本發(fā)明要解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料，由上述石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料的制備方法制得。

本發(fā)明的石墨-鈦低價(jià)氧化物復(fù)合材料在電池電極、光催化劑、選擇性吸收涂層、光電轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域應(yīng)用。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

取100gTiO₂，30g石墨(TiO₂和石墨粒度均小于15μm，雜質(zhì)含量均小于1％)，混合均勻后壓制成塊，將混合物塊體置入坩堝中，并將石墨粉均勻覆蓋在物料表面(石墨粉厚度0.5cm)，然后置入高溫爐中，在空氣氣氛下，還原溫度1250℃，還原時(shí)間20min，達(dá)到還原時(shí)間后，將坩堝快速取出并將物料倒入石墨粉中保護(hù)，冷卻至室溫，對(duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行球磨，得到復(fù)合材料。復(fù)合材料中鈦的含量為57.63wt％，氧的含量為34.76％wt，碳的含量7.61％wt。產(chǎn)品XRD見(jiàn)圖1，證明其物相組成為低價(jià)鈦氧化物和石墨。產(chǎn)品SEM圖見(jiàn)圖2，從圖中可清晰的說(shuō)明顆粒粒度小于10μm。

實(shí)施例2

取100gTiO₂，20g石墨(TiO₂和石墨粒度均小于15μm，雜質(zhì)含量均小于1wt％)，混合均勻后壓制成塊，將混合物塊體置入坩堝中，并將石墨粉均勻覆蓋在物料表面(石墨粉厚度1cm)，然后置入高溫爐中，在空氣氣氛下，還原溫度1250℃，還原時(shí)間10min，達(dá)到還原時(shí)間后，將坩堝快速取出并將物料倒入石墨粉中保護(hù)，冷卻至室溫，對(duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行球磨，得到復(fù)合材料。復(fù)合材料中鈦的含量為59.68wt％，氧的含量為35.54wt％，碳的含量4.78wt％。產(chǎn)品顆粒粒度小于10μm，XRD見(jiàn)圖3，證明其物相組成為低價(jià)鈦氧化物和石墨。

實(shí)施例3

取100gTiO₂，40g石墨(TiO₂和石墨粒度均小于15μm，雜質(zhì)含量均小于1wt％)，混合均勻后壓制成塊，將混合物塊體置入坩堝中，并將石墨粉均勻覆蓋在物料表面(石墨粉厚度0.8cm)，然后置入高溫爐中，在空氣氣氛下，還原溫度1150℃，還原時(shí)間30min，達(dá)到還原時(shí)間后，將坩堝快速取出并將物料倒入石墨粉中保護(hù)，冷卻至室溫，對(duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行球磨，得到復(fù)合材料。復(fù)合材料中鈦的含量為54.73wt％，氧的含量為32.59wt％，碳的含量12.68wt％。產(chǎn)品顆粒粒度小于10μm，XRD見(jiàn)圖4，證明其物相組成為低價(jià)鈦氧化物和石墨。