一种SrTiO3材料及其制备方法与流程

本发明涉及光催化材料领域，特别是一种srtio3材料及其制备方法。

背景技术：

srtio3是一种钙钛矿结构的无机化合物，具有多种优良的性能。例如介电常数高、损耗低以及较高的热稳定性，特别是较好的光催化性能，是一类具有较大发展潜力的光催化材料，因此近些年来，对srtio3的研究引起了人们的很大兴趣。在环保无污染、低成本的条件下制备srtio3催化剂并对其进行改性，对提高光催化活性具有更重要的意义。近年来，钙钛矿型化合物以其特有的结构在光催化领域成为国内外研究的热点。srtio3是一种典型的钙钛矿型复合氧化物，具有稳定性高、无毒性，载流子迁移率高，光催化活性高等特点，作为半导体有低阻的电子运输结构和对小分子高效的氧化还原能力，是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。

共沉淀法是当溶液中含有两种或多种阳离子，且离子以均匀相存在，加入沉淀剂后经过沉淀反应可以得到各种成分的均一沉淀方法。此法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。共沉淀法优点是所得纳米粉体材料化学成分均一，颗粒较小且粒度分布均匀。现有技术采用共沉淀法制得的srtio3材料存在纯度较低、粒径较大、光催化性能较差的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具srtio3材料的制备方法。

本发明要解决的另一个技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种srtio3材料。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种srtio3材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、制备氯化锶的水溶液和钛酸丁酯的乙醇溶液，两种溶液的浓度相同且为0.02-0.05mol/l，称取相同体积的上述两种溶液，将氯化锶的水溶液缓慢加入到钛酸丁酯的乙醇溶液中，搅拌均匀得到混合溶液，向混合溶液中缓慢滴加三乙胺，每1ml氯化锶的水溶液对应0.05-0.10g的三乙胺，搅拌均匀得到反应液；

s2、把反应液装入试剂管中，离心分离至反应液分层，去除上层清液，在下层沉淀物中加入去离子水和乙醇洗涤，离心分离去除上层清液，重复加入去离子水和乙醇至去除上清液的步骤2-3次，将下层沉淀物放入干燥箱中70-90℃干燥3-8个小时，得到干燥后的沉淀物；

s3、将干燥后的沉淀物研磨后，在700-900℃煅烧3-5h，降到室温后取出，即制得srtio3材料。

作为上述srtio3材料的制备方法进一步的改进：

优选的，步骤s1中所述氯化锶水溶液的制备方法为，称取0.11-0.27g的srcl2·6h2o固体，加入到20ml去离子水中，搅拌均匀。

优选的，步骤s1中所述钛酸丁酯乙醇溶液的制备方法为，量取0.14-0.35ml钛酸丁酯，缓慢滴入到20ml的无水乙醇溶液中，充分搅拌至无白色沉淀。

为解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种由上述任一制备方法制得的srtio3材料。

作为上述srtio3材料进一步的改进：

该srtio3材料在用于降解孔雀石绿时包括如下步骤：称取孔雀石绿加入到水中，制得8-20mg/l的孔雀石绿溶液，将制备的srtio3材料以0.5-1.0g/l的添加量添加到孔雀石绿溶液中，使用汞氙灯照射，在30-45℃下使用磁力搅拌器搅拌，至孔雀石绿完全降解。

本发明相比现有技术的有益效果在于：

1)本文的制备方法以钛酸丁酯为钛源，六水氯化锶为锶源，然后在三乙胺的调控下制备srtio3。由于钛酸丁酯遇水反应剧烈，容易生成ti(oh)4沉淀，钛酸丁酯在乙醇介质中水解过程为：

ti(oc4h9)4+h2o＝ti(oc4h9)3(oh)+c4h9oh

ti(oc4h9)3(oh)+h2o＝ti(oc4h9)2(oh)2+c4h9oh

ti(oc4h9)2(oh)2+h2o＝ti(oc4h9)(oh)3+c4h9oh

ti(oc4h9)(oh)3+h2o＝ti(oh)4+c4h9oh

水解总反应方程式为：ti(oc4h9)4+2h2o＝ti(oh)4+4ch3(ch2)3oh

ti(oh)4+sr²⁺＝srtio3+2h⁺+h2o

实验过程中加入的乙醇主要是作为钛酸丁酯的溶剂，使钛酸丁酯在乙醇中充分分散，可以减缓钛酸丁酯的水解速度，不会发生剧烈反应。三乙胺(c2h5)3n为对称结构，其中n原子带部分负电荷，反应过程中可以吸引sr²⁺等带正电荷的离子或基团，对srtio3材料前驱体及最终产物的生成过程均有调控作用。

2)加入的三乙胺部分结合到产物中，由于三乙胺高温下易挥发，煅烧中深层次的三乙胺挥发出来，使得制备的最终srtio3具有多孔结构，从而具有较高的比表面积和光催化性能。

3)本发明制备方法制得的srtio3具有稳定性高、无毒性，载流子迁移率高，光催化活性高等特点，作为半导体有低阻的电子运输结构和对小分子高效的氧化还原能力，是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。

附图说明

图1是实施例1制备的普通srtio3的sem图，其中1b为1a的放大图；

图2是实施例1制备的普通srtio3的xrd图；

图3是实施例2制备的三乙胺调控的srtio3的sem图；

图4是实施例2制备的三乙胺调控的srtio3的xrd图；

图5为实施例1制备的普通srtio3粉末的紫外光谱测试图；

图6为实施例2制备的三乙胺调控的srtio3粉末的紫外光谱测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实验中主要使用的试剂见下表1。

表1主要实验试剂

本实验中主要使用的仪器见下表2。

表2实验所需的仪器

实施例1

s1、(1)制备0.04mol/l的钛酸丁酯乙醇溶液：量取20ml无水乙醇溶液，倒入干净的烧杯中。将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌，使用移液枪准确并迅速地量取0.272ml(272μl)钛酸丁酯，缓慢滴入无水乙醇溶液中。然后继续搅拌十分钟，使其搅拌至无白色沉淀即可。

(2)制备0.04mol/l的氯化锶水溶液：用电子分析天平准确称取0.2133g的srcl2·6h2o固体，量取20ml去离子水倒入烧杯中。在磁力搅拌器上搅拌十分钟，使其搅拌均匀即可。

(3)制备10mg/l的孔雀石绿溶液：用分析天平称取5mg的孔雀石绿，倒入100ml的烧杯中。在烧杯中加入水，用玻璃棒充分搅拌后，把搅拌后的溶液倒入500ml的容量瓶中。用蒸馏水把烧杯和玻璃棒洗干净后，将洗涤液倒入容量瓶中。然后在容量瓶中加水，离刻度线还有1-2cm的时候，用胶头滴管吸水注入到容量瓶里，视线与凹液面最低处持平，使其到达刻度线。塞紧瓶塞，放到安全的地方。

s2、将制备好的20ml0.04mol/l氯化锶水溶液缓慢加入到制备好的20ml0.04mol/l钛酸丁酯乙醇溶液中，在磁力搅拌器的作用下，使其搅拌均匀，再用保鲜膜把该反应液密封。待反应完毕后，把反应液装入离心管中，在离心机中离心5分钟后，取出离心管，将离心管的上层清液倒掉，然后用去离子水和乙醇把下层的沉淀物洗一下，再放入离心机中离心5分钟。这样重复三次后，得到下层沉淀物。把下层沉淀物放入干燥箱中80℃干燥4个小时后，取出干燥后的沉淀物。

s3、将干燥后的沉淀物倒入研钵中进行研磨，再倒入坩埚中，将坩埚放入高温炉，800℃煅烧4h，在高温炉温度降到室温后取出坩埚，放入试剂管中保存好，得到普通srtio3。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤s2中在“在磁力搅拌器的作用下，使其搅拌均匀”后添加上“随后再缓慢滴加1.6g的三乙胺，搅拌均匀”，其余条件均与实施例1一致，制得三乙胺调控的srtio3。

性能测试

1、xrd与sem测试

将实施例1制备的普通srtio3充分研磨后，分别进行sem与xrd测试，测试结果如图1和图2所示，其中图1b为图1a的放大图。

由图1a和1b可以看出，实施例1制备的普通srtio3粒径分布为几十到几百微米，形状为棱角分明的固体方块；图2为普通srtio3的xrd图；可以看到，当2θ分别为32.54°、40.08°、46.5°、57.92°、67.72°、77.22°时，对应的晶面中含有立方晶系srtio3的(110)、(111)、(200)、(211)、(220)、(310)晶面(jcpds卡卡号：86-0178)的衍射峰。此外，当2θ分别为27.6°、36.26°、54.48°、62.72°时，对应的晶面中含有四方晶系钛氧化合物(ti0.924o2)的(110)、(101)、(211)、(002)晶面(jcpds卡卡号：89-0555)的衍射峰，认为煅烧后得到的产物主要为srtio3与钛氧化合物(ti0.924o2)的混合物。

取实施例2制备的三乙胺调控的srtio3充分研磨后，分别进行sem与xrd测试，测试结果如图3和图4所示；

图3为三乙胺调控的srtio3的sem图。从图3可知，产物为不规则的块状颗粒，大小分布在几微米到几十微米之间；图4为三乙胺调控的srtio3的xrd图，可以看到，图4与srtio3标准衍射卡对照分析可知，2θ为22.84°、32.52°、40.12°、46.56°、57.88°、67.92°、77.24°，分别对应立方晶系的srtio3的(100)、(110)、(111)、(200)、(211)、(220)、(310)晶面(jcpds卡卡号：86-0178)，说明产物也含有立方晶系的srtio3(jcpds卡卡号：86-0178)，且其中以(110)面的衍射峰最强，制得的产物的特征峰并无杂质峰，这表明实施例2的产物为纯净的srtio3。

2、紫外光谱测试

用分析天平称取实施例1制得的普通srtio3粉末40mg，用量筒量取50ml的孔雀石绿溶液。倒入烧杯中使样品和孔雀石绿溶液混合。用吸管吸取孔雀石绿溶液放入5ml塑料离心管中作为取初始对比样品。打开汞氙灯，待预热完毕后，将光源聚焦于恒温加热磁力搅拌器中，并将上述烧杯置于光源下，调节搅拌器温度至40℃，每十分钟取一个样品，取四至五个样品保存完好。将所取样品进行紫外光谱测试，以其光催化降解孔雀石绿，对降解过程中初始取样品、初始样品为40mg的产物分别与50ml孔雀石绿混合后的样品，以及每隔十分钟所取的样品进行紫外测试，测试结果如上图，结果如图5所示。

另外将三乙胺调控的srtio3粉末同上述处理。然后将所取样品进行紫外光谱测试，以其光催化降解孔雀石绿，对降解过程中初始取样品、初始样品为40mg的产物分别与50ml孔雀石绿混合后的样品，以及每隔十分钟所取的样品进行紫外测试，测试结果如上图，结果如图6所示。

由图5可知，最上面的一条为初始样品的光谱，波长在616nm左右，吸光度达到最大值，并且在降解过程中，随着降解时间的延长，吸光度在相对的值在不断降低。结果表明，实施例1不加三乙胺的制备方法制得的srtio3具有较好的光催化性。

由图6可知，最上面的一条为初始样品的光谱，波长在617nm左右，吸光度达到最大值，并且在降解过程中，随着降解时间的延长，吸光度在相对的值在不断降低，且降低的程度较图5要大。结果表明，实施例2中添加三乙胺进行调控制得的srtio3具有优良的光催化活性。

本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。