一种超薄四方相BaTiO3纳米片的制备方法

本发明涉及光催化材料，尤其涉及一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法。

背景技术：

1、随着地球生存环境的下降和能源供应的紧缺与与不足，对水污染的治理及新能源的制造已是迫在眉睫。在众多光电催化材料中，钙钛矿型复合氧化物因其在光催化分解污染物的运用中表现良好而备受关注。钛酸钡(batio3)作为典型的钙钛矿材料，具有很高的介电常数、优异的铁电和压电性能，同时也是应用前景很广阔的一种铁电性材料。它的稳定态是钙钛矿结构，具有多种晶相，常见的为立方相和四方相。在120℃以上属于立方晶系fm-3m空间群，不具有铁电性；在120℃发生铁电相变，其结构是四方晶系p4mm空间群，具有显著的铁电性。相比于立方相，四方相batio3具有良好的铁电及压电性能、高介电常数和抗击穿等特点，自发极化所产生的内建电场有助于光生电子-空穴对的分离，催化性能较好。

2、目前纳米片层结构batio3的合成方法有很多种，但利用简单有效的水热法合成超薄四方相batio3纳米片的方法却鲜有报道。《日本陶瓷学会学报》2007年115卷第2期的165-168页文章《层状钛酸盐纳米片低温合成钛酸钡的研究》(low temperature synthesis ofbatio3 from layered titanate nanosheet)公开了一种利用钛酸盐低温合成钛酸钡纳米片的方法。结果表明，该材料为四方相batio3，具备片层状结构，但其片层厚度约为1～2μm，厚度较大。《纳米科学与纳米技术》2010年10卷的973–979页的文章《水热法控制钛酸钡纳米结构的形貌》(controlling the morphology of nanostructured barium titanate byhydrothermal method)报道了以片层二氧化钛为前驱体，在不同水热温度下制备了不规则粒子、球形以及片层的batio3，并提出了溶解-重结晶和原位拓扑转变机理。但其所生成的立方相片层batio3中混有较多粒子形貌batio3且片层厚度达到60～80nm，较厚。以厚度较大的batio3纳米片作为催化剂，影响材料催化性能。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的四方相batio3的制备方法得到的batio3片层厚影响其催化性能的技术问题，而提供一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法。

2、本发明的超薄四方相batio3纳米片的制备方法，按以下步骤进行：

3、一、先在无水乙醇中滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，再加入去离子水，得到白色tio(oh)2溶液；

4、二、根据na2ti3o7的化学计量比向白色tio(oh)2溶液中加入颗粒状naoh，以500～600r/min的速度强力搅拌6～8小时，然后转入聚四氟乙烯釜中，在温度为160～180℃的条件下水热反应12～24小时，再洗涤、烘干，得到无定形态na2ti3o7；

5、三、将步骤二所得到的无定形态na2ti3o7浸泡于稀盐酸水溶液中，利用稀盐酸水溶液对产物进行氢离子交换，之后对所得溶液用去离子水进行离心洗涤并烘干，即得h2ti3o7前驱体；

6、四、按batio3的化学计量比称取h2ti3o7前驱体和ba(oh)2·8h2o；先将h2ti3o7前驱体溶于无水乙醇与去离子水的混合溶液中，再加入ba(oh)2·8h2o并搅拌均匀，转入聚四氟乙烯釜中，在温度为160～180℃的条件下水热反应12～24小时，洗涤、烘干，得到超薄四方相batio3纳米片。

7、更进一步地，步骤一中所述的钛酸四丁酯、无水乙醇与去离子水的体积比为1:

8、(17～18)：(5～6)。

9、更进一步地，步骤三中所述的稀盐酸水溶液浓度为0.05～0.1m。

10、更进一步地，步骤三中所述的稀盐酸水溶液的浸泡时间为12～24小时。

11、更进一步地，步骤四中所述的混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为(2.8～3.5)：1。

12、本发明以naoh为矿化剂使得tio(oh)2形成片层结构的无定形态na2ti3o7，再利用浓度为0.05～0.1m稀盐酸水溶液浸泡，既使na离子与h离子进行离子交换，又使原有的纳米片形貌得以保持，最终得到h2tio3纳米片，再加入ba源生成超薄batio3纳米片。

13、本发明通过水热法合成了超薄四方相batio3纳米片材料，该batio3纳米片的厚度为3～10nm，其内建电场方向与光生电子-空穴对的分离方向一致，将四方相batio3的优势最大化，还能极大增加光透过率，有效提高光催化效率。

14、本发明的合成方法简单，反应条件温和，产物形貌均一，产量高，重复性好，容易实现工业化，本发明的超薄四方相batio3纳米片材料可用于光催化领域。

技术特征：

1.一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法，其特征在于步骤一中所述的钛酸四丁酯、无水乙醇与去离子水的体积比为1：(17～18)：(5～6)。

3.根据权利要求1或2所述的一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法，其特征在于步骤三中所述的稀盐酸水溶液浓度为0.05～0.1m。

4.根据权利要求1或2所述的一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法，其特征在于步骤三中所述的稀盐酸水溶液的浸泡时间为12～24小时。

5.根据权利要求1或2所述的一种超薄四方相batio3纳米片的制备方法，其特征在于步骤四中所述的混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为(2.8～3.5):1。

技术总结
一种超薄四方相BaTiO<subgt;3</subgt;纳米片的制备方法，它涉及光催化材料BaTiO<subgt;3</subgt;的制备方法。它是要解决现有的四方相BaTiO<subgt;3</subgt;的制备方法得到的BaTiO<subgt;3</subgt;片层厚的技术问题。本方法：先在无水乙醇中滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，再加入去离子水，得到白色TiO(OH)<subgt;2</subgt;溶液；再加入NaOH搅拌，然后水热反应得到无定形态Na<subgt;2</subgt;Ti<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;；将Na<subgt;2</subgt;Ti<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;浸泡于稀盐酸水溶液中进行氢离子交换，得到H<subgt;2</subgt;Ti<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;前驱体；再将H<subgt;2</subgt;Ti<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;前驱体和Ba(OH)<subgt;2</subgt;·8H<subgt;2</subgt;O溶于无水乙醇与去离子水的混合溶液中进行水热反应，得到超薄四方相BaTiO<subgt;3</subgt;纳米片，该纳米片的厚度为3～10nm，可用于光催化领域。

技术研发人员：赵楠,辛建娇,吕春梅,黄孝明,宋坤
受保护的技术使用者：齐齐哈尔大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13