一种小尺寸钛酸钙纳米颗粒的制备方法与流程

本发明属于纳米材料的制备领域，具体的说涉及一种小尺寸钛酸钙纳米颗粒的制备方法。

背景技术：

目前，钛酸盐以其特有的光学性能以及催化性能得到了研究人员的广泛关注。钛酸钙是钛酸盐系列的主要物质之一，因其具有良好的光催化性能以及较低的成本得到了许多研究人员的关注。虽然钛酸钙的合成成本较低，但是目前的方法合成出来的钛酸钙直径尺寸较大，会大大影响钛酸钙的光催化性能。因此，目前研究人员把目光转向了钛酸钙纳米颗粒的研究，致力于研究出纳米颗粒的钛酸钙粉体从而进一步提高光催化活性。

据调查，文献报道的钙钛矿结构的代表物质钛酸钙由于尺寸过大，所以电荷载流子的迁移率不高，影响了光催化活性，有些制备过程较复杂，经济成本较高，环境污染较严重，而量子效率难以实现突破，且光催化剂易失活等问题阻碍了光催化的产业化推广。

溶胶-凝胶法制备出的纳米结构一般具有较小的粒径，且分散均匀。我们采用溶胶-凝胶法在合成钛酸钙纳米颗粒的过程中使用聚乙二醇作为分散剂，从而使样品具有较高的分散性；同时以无水柠檬酸作为络合剂，防止了在合成过程中钛酸钙团聚，避免钛酸钙直径过大。因此，在加入聚乙二醇和无水柠檬酸后，使制备得到的钛酸钙直径显著降低，钛酸钙纳米颗粒的光催化活性也大大提高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的制备小尺寸钛酸钙纳米颗粒的方法，该方法简单易行，重复率高，所制备的小尺寸钛酸钙纳米颗粒纯度较高，性质稳定。

本发明是这样实现的：一种小尺寸钛酸钙纳米颗粒的制备包括以下步骤：

(1)、在120ml无水乙醇中加入0.24mol四水合硝酸钙和0.031mol无水柠檬酸，室温下搅拌30min，转速为400rpm，使三者混合均匀形成溶液①；

(2)在90ml无水乙醇中加入83.34ml钛酸四丁酯，在室温下搅拌30min，转速为400rpm，使两者混合均匀得到混合溶液a，在混合溶液a中加入330ml冰醋酸，继续在室温下搅拌1h，得到溶液②；

(3)、将6g聚乙二醇(peg-4000)加入至195ml去离子水，用冰醋酸调节ph值至3，搅拌1h得到溶液③；

(4)、将溶液①以60d/min的速度缓慢滴入溶液②后搅拌30min得到混合溶液b，将混合溶液b加入到溶液③中，得到最终溶液④；

(5)、将溶液④在80℃的条件下，搅拌15h，得到钛酸钙凝胶；将得到的钛酸钙凝胶样品转入至马弗炉进行高温煅烧处理，以2℃/min的速率升温至600℃并保温6h，自然冷却至室温得到小尺寸钛酸钙纳米颗粒。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明方法所合成的催化剂样品纯度高，合成工艺简单且先进，在钛酸钙纳米颗粒的合成过程中加入了无水柠檬酸，从而获得粒径较小且均匀的小尺寸钛酸钙纳米颗粒；

2、本发明的方法简单易操作、成本低；重复率高；性质稳定；对环境友好且无污染。

附图说明

图1是本发明小尺寸钛酸钙纳米颗粒的x射线衍射(xrd)图像；

图2是本发明小尺寸钛酸钙纳米颗粒的扫描电镜(sem)图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

一种小尺寸钛酸钙纳米颗粒的制备包括以下步骤：

(1)在120ml无水乙醇中加入0.24mol四水合硝酸钙和0.031mol无水柠檬酸，室温下搅拌30min，转速为400rpm，使三者混合均匀形成溶液①；

(2)在90ml无水乙醇中加入83.34ml钛酸四丁酯，在室温下搅拌30min，转速为400rpm，使两者混合均匀得到混合溶液a，在混合溶液a中加入330ml冰醋酸(含量≥99.5％)，继续在室温下搅拌1h，得到溶液②；

(3)将6g聚乙二醇(peg-4000)加入至195ml去离子水，用冰醋酸调节ph值至3，搅拌1h得到溶液③；

(4)将溶液①以60d/min的速度缓慢滴入溶液②后搅拌30min得到混合溶液b，将混合溶液b加入到溶液③中，得到最终溶液④；

(5)将溶液④在80℃的条件下，搅拌15h，得到钛酸钙凝胶；将得到的钛酸钙凝胶样品转入至马弗炉进行高温煅烧处理，以2℃/min的速率升温至600℃并保温6h，自然冷却至室温得到小尺寸钛酸钙纳米颗粒。

采用x射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)表征上述方法制备的小尺寸钛酸钙纳米颗粒；从图1样品的xrd图像可以看出，采用溶胶凝胶法并且加入无水柠檬酸制备得到的样品的衍射峰位置都对应钙钛矿相钛酸钙(jcpds:42-0423)的衍射峰，并且无任何杂质峰的存在，说明制备出的小尺寸钛酸钙纳米颗粒纯度很高；从图2的sem图像中可以看出小尺寸钛酸钙纳米颗粒的形貌为球形，颗粒直径普遍为30nm-40nm。

1.上述步骤的试剂用量可按比例放大。

2.上述步骤中试剂均为分析纯，未经进一步处理。