技术摘要：
本发明公开了一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法和应用，涉及电极材料制备领域，采用环糊精与表面活性剂自组装形成的复合模板结合，采用水热法一次制得多层二氧化钛介孔薄膜电极材料，无需后期晶化处理，可以实现制得的二氧化钛介孔电极材料具有5‑6层的多 全部
背景技术：
纳米二氧化钛作为一种新型光催化剂、抗紫外线剂、光电效应剂等,在抗菌防霉、 排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆等领域显示了广阔的应用前景，随着 其产品工业化生产和功能性应用发展的日趋成熟,在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生等 领域中也起着不可低估的作用。 纳米尺度二氧化钛的晶粒大小直接决定其比表面积，晶粒尺寸越小，比表面积越 大，表面活性中心及表面电荷传输速率随之增加，反应活性也随之提高,将纳米二氧化钛作 为锂离子电池材料，具有理论比容量高、循环性能好且价格低廉的优良特性，具有非常广阔 的应用前景。但是，单纯的二氧化钛纳米粉体有着难以克服的缺点:1.尺寸过大,难以达到 理想效果,尺寸过小则容易团聚；2.比表面积小,不易与其它元素相结合。 按照IUPAC的定义,孔径小于2纳米的孔材料为微孔材料,介于2-50纳米之间的为 介孔材料,大于50纳米的称为大孔材料。与纳米二氧化钛相比,介孔二氧化硅材料是一种具 有高比表面积、大孔容、形貌和尺寸可控等优点的无机生物材料，它兼具了介孔材料和纳米 材料的双重特性，具有非常高的化学稳定性和生物相容性。近年来，随着介孔材料合成技术 的发展，制备形貌和结构丰富的介孔二氧化硅材料已成为当前研究热点。在介孔二氧化硅 材料原有介孔形貌的基础上形成多层结构，能够显著提高比表面积，将其用做电池材料，能 够实现更高的比容量和良好的循环性能。 目前，制备介孔二氧化硅大多采用沉淀法、胶溶法以及水热法。采用沉淀法制备介 孔二氧化硅材料，工艺简单，操作方便，但易造成沉淀剂的局部浓度过高,促使大量细小沉 淀迅速形成,由于颗粒形成快,晶体往往不完整,表面积大，难以成长和沉淀；胶溶法制备介 孔二氧化硅时的影响因素多，难以形成多层稳定结构，且反应时间时间较长,通常在50h以 上，难以实现稳定的规模化生产；水热法是在非受限的条件下进行,因此在制备介孔二氧化 硅方面与其它液相制备方法相比具有一定优越性，但是，在采用水热法制备介孔二氧化硅 材料时，仍然无法制备得到结构优异的多层结构，多层介孔结构限制于2-3层，将该多层介 孔二氧化钛材料用作电极材料时依然存在性能方面的局限性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法和应用， 以解决上述现有技术存在的问题，使得二氧化钛介孔材料能够实现5-6层的多层介孔结构， 将其用于电极材料中，能够实现更高的比容量和良好的循环性能。 本发明提供一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将十八烷基三甲基氯化铵和溴化二甲基苄基十二烷基铵溶解在水中，搅拌条 3 CN 111554913 A 说 明 书 2/5 页 件下使得二者自组装形成复合模板，加入环糊精，继续搅拌均匀； (2)将Ti(SO4)2溶液加入到步骤(1)中的溶液中，搅拌均匀； (3)将步骤(2)得到的溶液加入水热反应釜中，将经清洁处理的玻璃基片放置在溶 液中，升温至60-80℃反应，反应结束后自然降至室温； (4)将玻璃基片取出，经水洗、醇洗后，烘干，得到多层二氧化钛介孔薄膜电极材 料。 进一步地，所述十八烷基三甲基氯化铵的浓度为0.005-0.095mol/L；所述溴化二 甲基苄基十二烷基铵的浓度为0.003-0.005mol/L。 进一步地，所述环糊精与十八烷基三甲基氯化铵的摩尔比为(1-1.2):1。 进一步地，步骤(1)中搅拌温度为25-30℃，搅拌时间为2-3h。 进一步地，所述Ti(SO4)2溶液的浓度为0.02-0.025mol/L。 进一步地，步骤(3)中，升温速率为3-5℃/min,反应时间为3-5h；所述玻璃基片的 清洁处理为丙酮超声清洗并干燥。 进一步地，所述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的薄膜厚度为0.2-0.3mm。 进一步地，步骤(4)中烘干温度为45-55℃，烘干时间为2.5-3h。 本发明提供一种上述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法制备的多层二 氧化钛介孔薄膜电极材料。 本发明还提供一种上述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法制备的多层 二氧化钛介孔薄膜电极材料在电极中的应用。 本发明公开了以下技术效果： 1 .在60-80℃条件下可直接得到多层二氧化钛介孔薄膜电极材料,不需要更高温 度的热处理,避免了可能形成的硬团聚。 2.环糊精是一种具有轴对称性的截锥形环状低聚糖，其分子空腔是疏水性的，而 外表面则是亲水性的，环糊精可以与表面活性剂等客体分子形成不同形貌的聚集体。本发 明采用环糊精与表面活性剂自组装形成的复合模板结合，形成具有多层结构的聚集体，然 后采用水热法一次制得多层二氧化钛介孔薄膜电极材料，无需后期晶化处理，制得的二氧 化钛介孔电极材料具有5-6层的多层介孔结构，应用于电极材料中，能够实现更高的比容量 和良好的循环性能。 3.本发明的制备方法简单、时间显著缩短，还可在水热反应釜中一次性间隔放置 多层玻璃基片，进而实现多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的批量化生产，更适用于工业化。
本发明公开了一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法和应用，涉及电极材料制备领域，采用环糊精与表面活性剂自组装形成的复合模板结合，采用水热法一次制得多层二氧化钛介孔薄膜电极材料，无需后期晶化处理，可以实现制得的二氧化钛介孔电极材料具有5‑6层的多 全部
背景技术：
纳米二氧化钛作为一种新型光催化剂、抗紫外线剂、光电效应剂等,在抗菌防霉、 排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆等领域显示了广阔的应用前景，随着 其产品工业化生产和功能性应用发展的日趋成熟,在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生等 领域中也起着不可低估的作用。 纳米尺度二氧化钛的晶粒大小直接决定其比表面积，晶粒尺寸越小，比表面积越 大，表面活性中心及表面电荷传输速率随之增加，反应活性也随之提高,将纳米二氧化钛作 为锂离子电池材料，具有理论比容量高、循环性能好且价格低廉的优良特性，具有非常广阔 的应用前景。但是，单纯的二氧化钛纳米粉体有着难以克服的缺点:1.尺寸过大,难以达到 理想效果,尺寸过小则容易团聚；2.比表面积小,不易与其它元素相结合。 按照IUPAC的定义,孔径小于2纳米的孔材料为微孔材料,介于2-50纳米之间的为 介孔材料,大于50纳米的称为大孔材料。与纳米二氧化钛相比,介孔二氧化硅材料是一种具 有高比表面积、大孔容、形貌和尺寸可控等优点的无机生物材料，它兼具了介孔材料和纳米 材料的双重特性，具有非常高的化学稳定性和生物相容性。近年来，随着介孔材料合成技术 的发展，制备形貌和结构丰富的介孔二氧化硅材料已成为当前研究热点。在介孔二氧化硅 材料原有介孔形貌的基础上形成多层结构，能够显著提高比表面积，将其用做电池材料，能 够实现更高的比容量和良好的循环性能。 目前，制备介孔二氧化硅大多采用沉淀法、胶溶法以及水热法。采用沉淀法制备介 孔二氧化硅材料，工艺简单，操作方便，但易造成沉淀剂的局部浓度过高,促使大量细小沉 淀迅速形成,由于颗粒形成快,晶体往往不完整,表面积大，难以成长和沉淀；胶溶法制备介 孔二氧化硅时的影响因素多，难以形成多层稳定结构，且反应时间时间较长,通常在50h以 上，难以实现稳定的规模化生产；水热法是在非受限的条件下进行,因此在制备介孔二氧化 硅方面与其它液相制备方法相比具有一定优越性，但是，在采用水热法制备介孔二氧化硅 材料时，仍然无法制备得到结构优异的多层结构，多层介孔结构限制于2-3层，将该多层介 孔二氧化钛材料用作电极材料时依然存在性能方面的局限性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法和应用， 以解决上述现有技术存在的问题，使得二氧化钛介孔材料能够实现5-6层的多层介孔结构， 将其用于电极材料中，能够实现更高的比容量和良好的循环性能。 本发明提供一种多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，包括以下步骤： (1)将十八烷基三甲基氯化铵和溴化二甲基苄基十二烷基铵溶解在水中，搅拌条 3 CN 111554913 A 说 明 书 2/5 页 件下使得二者自组装形成复合模板，加入环糊精，继续搅拌均匀； (2)将Ti(SO4)2溶液加入到步骤(1)中的溶液中，搅拌均匀； (3)将步骤(2)得到的溶液加入水热反应釜中，将经清洁处理的玻璃基片放置在溶 液中，升温至60-80℃反应，反应结束后自然降至室温； (4)将玻璃基片取出，经水洗、醇洗后，烘干，得到多层二氧化钛介孔薄膜电极材 料。 进一步地，所述十八烷基三甲基氯化铵的浓度为0.005-0.095mol/L；所述溴化二 甲基苄基十二烷基铵的浓度为0.003-0.005mol/L。 进一步地，所述环糊精与十八烷基三甲基氯化铵的摩尔比为(1-1.2):1。 进一步地，步骤(1)中搅拌温度为25-30℃，搅拌时间为2-3h。 进一步地，所述Ti(SO4)2溶液的浓度为0.02-0.025mol/L。 进一步地，步骤(3)中，升温速率为3-5℃/min,反应时间为3-5h；所述玻璃基片的 清洁处理为丙酮超声清洗并干燥。 进一步地，所述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的薄膜厚度为0.2-0.3mm。 进一步地，步骤(4)中烘干温度为45-55℃，烘干时间为2.5-3h。 本发明提供一种上述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法制备的多层二 氧化钛介孔薄膜电极材料。 本发明还提供一种上述多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法制备的多层 二氧化钛介孔薄膜电极材料在电极中的应用。 本发明公开了以下技术效果： 1 .在60-80℃条件下可直接得到多层二氧化钛介孔薄膜电极材料,不需要更高温 度的热处理,避免了可能形成的硬团聚。 2.环糊精是一种具有轴对称性的截锥形环状低聚糖，其分子空腔是疏水性的，而 外表面则是亲水性的，环糊精可以与表面活性剂等客体分子形成不同形貌的聚集体。本发 明采用环糊精与表面活性剂自组装形成的复合模板结合，形成具有多层结构的聚集体，然 后采用水热法一次制得多层二氧化钛介孔薄膜电极材料，无需后期晶化处理，制得的二氧 化钛介孔电极材料具有5-6层的多层介孔结构，应用于电极材料中，能够实现更高的比容量 和良好的循环性能。 3.本发明的制备方法简单、时间显著缩短，还可在水热反应釜中一次性间隔放置 多层玻璃基片，进而实现多层二氧化钛介孔薄膜电极材料的批量化生产，更适用于工业化。
