一种纳米级Ti4O7、低温制备方法及其作为催化剂载体的应用

本发明属于纳米材料制备，具体涉及一种纳米级ti4o7、低温制备方法及其在作为催化剂载体方面的应用。

背景技术：

1、ti4o7是一种magnéli相的亚氧化钛，其结构特征可以认为是三层tio2和一层tio交替组成。在tio2层中，钛氧八面体以共边、共顶点两种形式连接，而在tio层中，钛氧八面体为共面连接。ti4o7具有较好的导电性、较高的化学稳定性(耐酸、耐碱、耐腐蚀)、较宽的电化学稳定窗口等优良性质，因此在电化学等领域有着相当广泛的用途。例如，ti4o7作为一种良好的载体已经在燃料电池、电解水、废水处理、电镀、阴极保护等领域应用。

2、目前制备ti4o7的主要方法是二氧化钛还原法，即使用还原剂(氢气、碳、金属等)在真空或者惰性气氛下加热到1000℃左右还原二氧化钛。由于反应温度较高，这些方法普遍存在的问题是制备出的粉体团聚严重，颗粒较大且粒径分布不均匀。此外，使用氢气作为还原剂增加了制备过程的危险性，使用碳作为还原剂会存在碳残留的问题而影响产物纯度。在以ti4o7作为催化剂载体的燃料电池和电解水等领域，纳米化且粒度均匀的ti4o7才能最大限度发挥其优势，然而上述问题使得大批量一致性合成均匀的纳米级ti4o7十分困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纳米级ti4o7、低温制备方法及其在作为催化剂载体方面的应用。

2、本发明利用熔融盐辅助法，以钛粉和二氧化钛为原料，可控合成了纳米化且粒度均匀的纳米级ti4o7粉末。本发明基于低温熔融盐的技术优势，实现了纳米级ti4o7的克级合成，并以其作为载体制备了一系列贵金属核壳催化剂。

3、本发明的第一个目的是提供一种纳米级ti4o7的低温制备方法，其步骤如下：

4、(1)将钛粉、二氧化钛和氯化物盐混合并研磨均匀成细粉；

5、其中，钛粉和二氧化钛的摩尔比是1：7～10，氯化物盐的质量是钛粉和二氧化钛总质量的0.5～5倍；

6、钛粉是粒径为50～200nm的纳米级钛粉；

7、二氧化钛是粒径为5～100nm的金红石或锐钛矿相的二氧化钛；

8、氯化物盐是氯化锂(licl)、氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氯化铷(rbcl)、氯化铯(cscl)、氯化镁(mgcl2)、氯化钙(cacl2)、氯化钡(bacl2)、氯化锶(srcl2)中的一种或几种；

9、(2)将步骤(1)得到的细粉在氩气气氛、500～650℃下煅烧1～5h(升温速率为5～10℃/min)，然后冷却至室温；

10、(3)将步骤(2)得到的产物用去离子水洗净，过滤、干燥后得到本发明所述的纳米级ti4o7粉末。

11、本发明的第二个目的是提供一种纳米级ti4o7，其是由上述方法制备得到。

12、本发明的第三个目的是提供上述纳米级ti4o7在作为催化剂载体方面的应用，其是以纳米级ti4o7为载体，分散到去离子水中后加入贵金属源(三氯化铱、三氯化钌、氯铂酸、氯金酸、氯化铑或氯化钯等)和硼氢化钠，通过还原法制备得到贵金属核壳结构催化剂，即ti4o7@m催化剂材料(m＝ru、rh、pd、ir、pt、au)。

13、有益效果

14、1.本发明可实现纳米级ti4o7粉末的合成，其粒径约为200nm，颜色呈深蓝黑色；并且本发明所述方法可在500℃的相对低温条件下快速合成均匀的粉末，具有操作简单、设备要求低、产品纯度高、重复性好和易于规模制备的特点；

15、2.由于合成的ti4o7粒径小，均匀程度高，以其作为载体制备的一系列贵金属核壳结构催化剂的分散性良好，易于分散成高度均匀的催化剂浆料。

技术特征：

1.一种纳米级ti4o7的低温制备方法，其步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种纳米级ti4o7的低温制备方法，其特征在于：步骤(1)中的钛粉是粒径为50～200nm的纳米级钛粉；二氧化钛是粒径为5～100nm的金红石或锐钛矿相的二氧化钛；氯化物盐是氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化铯、氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锶中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种纳米级ti4o7的低温制备方法，其特征在于：步骤(2)中煅烧的升温速率为5～10℃/min。

4.一种纳米级ti4o7，其特征在于：是由权利要求1、2或3所述的方法制备得到。

5.权利要求4所述的纳米级ti4o7在作为催化剂载体方面的应用。

6.如权利要求5所述的纳米级ti4o7在作为催化剂载体方面的应用，其特征在于：是以纳米级ti4o7为载体，分散到去离子水中后加入贵金属源和硼氢化钠，通过还原法制备得到贵金属核壳结构催化剂，即ti4o7@m，贵金属源为三氯化铱、三氯化钌、氯铂酸、氯金酸、氯化铑或氯化钯，m＝ru、rh、pd、ir、pt或au。

技术总结一种纳米级Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;、低温制备方法及其在作为催化剂载体方面的应用，属于纳米材料技术领域。本发明以氯化物盐为熔融盐，纳米钛粉和纳米二氧化钛为原料，研磨成细粉；再将粉末在氩气的保护下煅烧，冷却至室温将产物清洗后离心、干燥得到纳米级Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;。本发明基于低温熔融盐的技术优势，实现了纳米级Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;的克级合成，并以其作为载体制备了一系列贵金属核壳催化剂。本发明具有制备温度低、操作简单、设备要求低、产品纯度高、重复性好和易于规模制备的特点，所制备的纳米级Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;适合作为多种贵金属核壳催化剂的载体，制备的Ti<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;@M(M＝Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Au)材料分散性良好，在催化领域具有潜在应用价值。技术研发人员：邹晓新,张可新,梁宵,陈辉,李世新,邹永存受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29