一种过渡金属掺杂的二氧化钛纳米管的制备方法与流程

本发明涉及新能源材料领域，具体涉及一种过渡金属掺杂的二氧化钛纳米管的制备方法。

背景技术：
目前，锂-氧电池空气阴极催化剂主要有多孔碳基材料、过渡金属氧化物、贵金属及其合金三类。近年来的研究发现，以锰氧化物、钴氧化物为代表的过渡金属氧化物表现出了良好的氧析出和氧还原催化性能。然而过渡金属氧化物较低的电子电导率使得该类催化剂必须与电子导体/导电性电催化剂复合而应用到锂-氧电池中。因此，通过将具有氧析出催化活性的过渡金属氧化物与杂原子掺杂的碳基氧还原催化材料耦合，有望获得同时具有氧还原/氧析出催化能力的高效双功能催化剂应用于锂-氧电池的空气阴极。具有氧析出催化活性的过渡金属氧化物与杂原子掺杂的碳基氧还原催化材料耦合需要一种基体材料，TiO2纳米管作为基体材料具有以下几方面的优势：1)纳米管的内外表面有大量的羟基，方便接枝碳基氧还原催化材料；2)TiO2纳米管阵列具有纳米尺寸的内径，这种特殊的微观结构会有较强的毛细作用，从而可以增加材料的保水能力；3)通过原位接枝引发聚合，可以在二氧化钛纳米管的管内填充聚电解质。传统的过渡金属氧化物掺杂的二氧化钛纳米管制备采用对应的过渡金属的醋酸盐或硝酸盐作为前驱体，经过干燥，焙烧，在弱碱性氨水的存在下，与二氧化钛反应生成过渡金属氧化物掺杂的二氧化钛纳米管。这种方法会产生二氧化氮，一氧化碳等污染气体，对大气环境产生破坏。

技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题提供了一种清洁的且可大规模生产的过渡金属掺杂的二氧化钛纳米管的制备方法。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种过渡金属掺杂的二氧化钛纳米管的制备方法，包括以下步骤：1)在氢氧化钠溶液中依次加入二氧化钛纳米粉末和过渡金属氧化物纳米粉末，常温搅拌，超声，得到过渡金属氧化物与二氧化钛的混合溶液，所述过渡金属氧化物与二氧化钛的质量比为1:(1-20)；2)步骤1)得到的混合溶液倒入反应釜中，反应釜放入烘箱中反应48h，反应温度为130℃～150℃，待反应釜冷却至室温后，打开反应釜，倒掉上层清液，下层沉淀物为得到的过渡金属氧化物与二氧化钛的水热化产物；3)将步骤2)所制备的水热化产物转移到离心管中，用去离子水洗涤至上层清液为中性，再将下层沉淀物倒入盐酸溶液中，常温搅拌，搅拌好的溶液倒入离心管中，用去离子水洗涤至上层清液为中性，最后将沉淀物倒入表面皿中，放入烘箱中烘干，将烘干后的沉淀物放入研钵中研磨，即得到过渡金属掺杂的二氧化钛纳米管。上述方案中，所述步骤1)中氢氧化钠溶液的浓度为8mol/L～10mol/L。上述方案中，所述过渡金属为Co...