Pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法

本发明涉及pickering细乳液、溶剂热处理、光催化和电池电极等领域，特别涉及一种pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法。

背景技术：

1、pickering乳状液，是指以超细固体颗粒作为乳化剂而得到的乳状液，亦称作pickering乳液。细乳液是通过剪切包含两种不混溶的液相(例如，油和水)、一种或多种乳化剂以及可能的一种或多种助乳化剂(典型的例子是十六烷或鲸蜡醇)的混合物获得o/w(水包油型)细乳液；反相细乳液是以水溶性盐作为助乳化剂形成的w/o(油包水型)细乳液。

2、pickering反相细乳液结合了反相细乳液和pickering乳液特征，具有成本低、对环境友好和乳液稳定性强等优点。pickering反相细乳液稳定性主要取决于固体颗粒在界面上的吸附能力。固体粒子吸附于油/水界面形成致密膜，降低了液滴间发生聚并的可能性；颗粒间的静电排斥力也能抑制乳液发生分层或沉降现象。利用pickering反相细乳液可以很容易地自组装成纳米材料。

3、钛酸钡属钙钛矿白色粉体，化学式为batio3，具有优异的电性能，是铁电领域研究的热点。钛酸钡有着典型的abo3类的多型晶体结构。常用的钛酸钡晶体合成方法可以由四氯化钛、氯化钡和碱混合后烧结或者由钛酸正丁酯和氢氧化钡混合后水热或溶剂热制备。合成钛酸钡一般需要强碱或强酸条件，而通常细乳液法需要的乳化剂不能耐受强碱或强酸条件，由此需要合适的方法维持细乳液分散体稳定性。

技术实现思路

1、本发明目的是采用特别乳化剂初步稳定反相细乳液，并利用溶剂热处理形成以掺杂钛酸钡纳米晶为固体乳化剂的pickering反相细乳液。

2、以上方法按照下述步骤进行：

3、(1)氢氧化钡固体为乳化剂的pickering反相细乳液的制备：

4、室温下，将定量氢氧化钡饱和溶液、定量醇胺和定量有机溶剂混合后转移至超声波生物粉碎机，混合体系由盐冰冷却并维持体系超声状态；超声一定时间后获得氢氧化钡固体为乳化剂的pickering反相细乳液，维持体系低温状态。

5、步骤(1)中，氢氧化钡为一水合氢氧化钡或八水合氢氧化钡；

6、醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺和二甘醇胺等；

7、有机溶剂为正戊烷和环己烷的混合物。

8、氢氧化钡饱和溶液、醇胺和有机溶剂的质量比为10:0.5-1.0:100。有机溶剂中正戊烷和环己烷的质量比为20:80。

9、超声波生物粉碎机功率200w，盐冰控制在-5-0℃，体系低温为0-5℃状态，超声时间5分钟。

10、(2)含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液的制备：

11、室温下，将定量钛化合物和定量浓度水溶性掺杂金属盐溶液滴加至由步骤(1)制备的定量氢氧化钡固体为乳化剂的pickering细乳液中，混合体系由盐冰冷却并维持体系超声状态；超声一定时间后获得含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液，维持体系低温状态。

12、步骤(2)中钛化合物为钛酸正丁酯或钛酸异丁酯等；

13、水溶性掺杂金属盐为功能硝基盐类，如硝基钇等，水溶性掺杂金属盐溶液的质量浓度为0.1％。钛化合物和水溶性掺杂金属盐溶液和步骤(1)氢氧化钡固体为乳化剂的pickering细乳液质量比为1-2:0.1:100。

14、超声波生物粉碎机功率200w，盐冰控制在0-5℃，体系低温为5-10℃状态，超声时间1分钟。

15、(3)含掺杂钛酸钡纳米晶的pickering反相细乳液制备：

16、室温下，将定量步骤(2)制备的含掺杂钛酸钡前驱体pickering细乳液转移至带有超声装置的高压反应釜中；然后保温预定时间，溶剂热处理后取出反应液即获得含掺杂纳米晶的pickering反相细乳液。

17、步骤(3)中，步骤(2)制备的含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液和高压反应釜的质量体积比为50:100(克/毫升)；水热处理设定保温温度为80-120℃，超声功率为200w，保温时间为12-48小时。

18、本发明利用氢氧化钡溶解度差异制备氢氧化钡固体为乳化剂的pickering反相细乳液；以此液滴为纳米反应器后得到含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液，最后通过溶剂热处理形成含掺杂纳米晶的pickering反相细乳液。

19、本发明具有以下优点：

20、1、氢氧化钡为固体乳化剂形成的pickering反相细乳液液滴粒径可以维持在50-200纳米，氢氧化钡固体粒径仅为5纳米左右；

21、2、以氢氧化钡为固体乳化剂形成的pickering反相细乳液液滴粒为反应器可形成稳定的含掺杂纳米晶前驱体的pickering反相细乳液；

22、3、溶剂热处理含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液后可形成以10纳米以下掺杂钛酸钡为纳米固体稳定剂的pickering反相细乳液，液滴粒径可维持在100-200纳米。

23、4、掺杂钛酸钡纳米晶通过调制其带隙大小、导电性、磁性、光催化性能等，使得材料的性能得以改良，满足新的应用需求；还可以提高光电转换效率且具有良好的稳定性，被广泛应用于光催化领域、光伏及传感器等领域。

技术特征：

1.一种pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

2.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)中氢氧化钡为一水合氢氧化钡或八水合氢氧化钡；醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺或二甘醇胺；有机溶剂为质量比为20:80的正戊烷和环己烷的混合物。

3.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)中氢氧化钡饱和溶液、醇胺和有机溶剂的质量比为10:0.5-1.0:100。

4.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)中超声波生物粉碎机功率200w，盐冰控制在-5-0℃，体系低温为0-5℃状态，超声时间5分钟。

5.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(2)中钛化合物为钛酸正丁酯或钛酸异丁酯；水溶性掺杂金属盐为功能硝基盐，水溶性掺杂金属盐溶液的质量浓度为0.1％。

6.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(2)中钛化合物、水溶性掺杂金属盐溶液和步骤(1)氢氧化钡固体为乳化剂的pickering细乳液的质量比为1-2:0.1:100。

7.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(2)超声波生物粉碎机功率200w，盐冰控制在0-5℃，体系低温为5-10℃状态，超声时间1分钟。

8.如权利要求1所述的pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法，其特征在于，步骤(3)中，步骤(2)制备的含掺杂钛酸钡前驱体的pickering反相细乳液和高压反应釜质量体积比为50:100(克/毫升)；水热处理设定保温温度为80-120℃，超声功率为200w，保温时间为12-48小时。

9.一种如权利要求1-8任一项所述方法制备的掺杂钛酸钡纳米晶。

技术总结
本发明涉及Pickering细乳液、溶剂热处理、光催化和电池电极等领域，特别涉及一种Pickering反相细乳液制备掺杂钛酸钡纳米晶的方法。利用氢氧化钡溶解度差异制备氢氧化钡固体为乳化剂的Pickering反相细乳液；以此液滴为纳米反应器得到含掺杂钛酸钡前驱体的Pickering反相细乳液，最后通过溶剂热处理形成含掺杂纳米晶的Pickering反相细乳液。本发明方法制备的掺杂纳米晶在光电转化、电池材料以及催化等领域有着潜在应用前景。

技术研发人员：张震乾
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15