四方纳米颗粒的制备方法及产物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机材料合成领域，具体涉及一种钙钛矿SrTi03四方纳米颗粒的制备方法及产物。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的不断改善，对环境问题越来越重视，环保已逐步成为全社会共同关注的问题。而有机污染物因其具有长期残留性、生物蓄物性、半挥发性和高毒性，成为目前国际上备受关注的新的全球性环境问题。近年来，以ΑΒ03钙钛矿结构为催化剂的光催化技术已成为一种理想的环境污染治理技术。其中，SrTi03是典型的ΑΒ03钙钛矿结构，具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好等优点，广泛应用于电子、机械和陶瓷工业。同时，作为一种功能材料，钛酸锶具有较高的光催化活性、独特的电磁性质和氧化还原催化活性，在光催化分解水制氢、光催化降解有机污染物和光化学电池等光催化领域也得到了广泛的应用。
[0003]固相反应法、沉淀法、熔胶凝胶法和水热合成法是SrTi(Vt用的制备方法。其中前三种方法均需经过较高温度的煅烧，所合成的粉体团聚严重，且颗粒不具有规则的形貌。中国发明专利(公开号CN102320651A)公开一种钛酸锶纳米粉体的制备方法，称量钛酸四正丁酯和硝酸锶并加入至反应容器中，再加入氢氧化钠溶液用玻璃棒搅拌；装入微波反应仪中升温速率加热；待降至室温后将溶液倒出加入盐酸，再用去离子水反复洗涤过滤沉淀，将所得到的沉淀置于烘箱中于70°C烘干，得到钛酸锶纳米粉体。该制备方法采用微波方法制备纯相的钛酸锶纳米粉体，但是没有控制SrTi03颗粒形貌。
[0004]中国发明专利(公开号CN104098125A)公开一种钛酸锶纳米立方块的制备方法，该方法以二氧化钛作为钛源，可溶性锶盐作为锶源，用氢氧化钠做酸碱调节剂。首先将二氧化钛超声分散于水溶液当中，再向其中添加含锶的可溶性盐，不断的搅拌使之溶解，然后再加碱，调节悬浊液pH值至8?14，最后将悬浮液放入反应釜中，进行水热反应。反应产物经过洗涤、分离、干燥得到形貌规整且尺寸均一的钛酸锶纳米立方块。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钙钛矿3^103四方纳米颗粒的制备方法及产物，制备过程简单，四方型结构的形貌易于调控，尺寸均一。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案:
[0007]一种钙钛矿SrTi03四方纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤:
[0008]1)分别配制硫酸钛溶液和氢氧化钾溶液；
[0009]2)将硫酸钛溶液滴加到氢氧化钾溶液中，过滤得到钛的氧化物沉淀；
[0010]3)分别配制硝酸锶溶液和四甲基氢氧化铵溶液；
[0011 ] 4)将钛的氧化物沉淀、硝酸锁溶液和四甲基氢氧化钱溶液混合进行水热反应，过滤，然后清洗，得到钙钛矿SrTi03四方纳米颗粒；
[0012]所述的步骤3)中的硝酸锶溶液的摩尔浓度为0.1?0.25mol/L,四甲基氢氧化铵的摩尔浓度为0.05mol/L?0.4mol/L ；
[0013]所述的步骤4)中的钛的氧化物沉淀、硝酸锶溶液和四甲基氢氧化铵溶液的混合比例为:0.8 ?1.8g:15 ?20ml:10 ?15ml。
[0014]本发明以硫酸钛和硝酸锶为反应物料，利用沉淀剂氢氧化钾促进钛的氧化物生成，同时利用矿化剂四甲基氢氧化铵调控晶体的生长，最终实现了钙钛矿3^103四方纳米颗粒的制备。四甲基氢氧化铵是弱碱，随着反应的进行不断电离0H离子，所以0H离子会维持在比较稳定的浓度，在这种温和状态下，晶体容易实现晶胞本征对称性生长，从而得到四方纳米颗粒。四甲基氢氧化铵同时还是有机碱，释放出N(CH3)4+离子，该离子的表面修饰作用，促进以(001)、(010)和(100)面包围而成的3^103四方纳米颗粒的形成。
[0015]作为优选，所述的步骤2中的将硫酸钛溶液滴加到氢氧化钾溶液中，得到钛的氧化物沉淀，静置15?20min，过滤并用去离子水清洗钛的氧化物沉淀3?4次。
[0016]作为优选，所述的步骤1)中的硫酸钛溶液的摩尔浓度为0.06mol/L?0.12mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为0.lmol/L?0.2mol/Lo
[0017]作为优选，所述的步骤4)中的水热反应的反应温度为150?250°C，反应时间为4?24h。进一步优选，所述的反应温度为190?200°C，反应时间为4?5h。
[0018]进一步优选，所述的步骤4)中的钛的氧化物沉淀、硝酸锶溶液和四甲基氢氧化铵溶液的混合比例为:0.8?0.9g:15?16ml:10?11ml。
[0019]作为优选，所述的步骤4)中的清洗方法为:将过滤得到的产物依次用稀醋酸、去离子水清洗。用稀醋酸对水热合成产物的清洗是为了将前驱体中混入二氧化碳所形成的SrC03去除，用去离子水清洗是为了将反应物料引入的硝酸根离子和矿化剂四甲方基氢氧化钱与合成的SrTi03纳米粉体充分分离，得到纯相的SrTi03纳米粉体。
[0020]作为一种优选，所述的步骤2)中的滴加速度为2?4滴/秒；通过控制将硫酸钛溶液滴加到氢氧化钾溶液中的滴加速度，进一步控制SrTi03四方结构的形貌。
[0021]作为最优选，所述的硫酸钛溶液的摩尔浓度0.068?0.072mol/L,氢氧化钾溶液的摩尔浓度为0.1?0.12mol/L ;在搅拌状态下将硫酸钛溶液以滴加速度为2?4滴/秒滴入到氢氧化钾溶液中，获得钛的氧化物沉淀。将硝酸锶和四甲基氢氧化铵分别溶解于去离子水中，硝酸锁的摩尔浓度为0.08?0.12mol/L，四甲基氢氧化钱溶液的摩尔浓度为0.08?0.1 lmol/L。将清洗过的0.8?0.9g钛的氧化物沉淀、15?16ml硝酸锶水溶液和10?11ml四甲基氢氧化钱溶液分别加入到反应爸中，在190?200°C下保温4?5小时进行热处理。在上述最优的条件下，所得钙钛矿SrTi03的四方纳米结构的形貌最好，质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
[0022]本发明还提供一种上述所述的制备方法合成的I丐钛矿SrTi03四方纳米颗粒，所述的I丐钛矿31'1103四方纳米颗粒的尺寸为50?200nm。所述的尺寸可以为四方纳米颗粒外切圆的直径或者四方纳米颗粒的边长。制备得到的钙钛矿3^103四方纳米颗粒同样具有上述有益效果。
[0023]本发明的有益效果体现在:本发明工艺过程简单，易于控制，无环境污染，成本低，易于规模化生产。制得的1丐钛矿SrTi03四方纳米颗粒纳米粉体尺寸介于50?200nm。产物质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
【附图说明】
[0024]图1为实施例一合成的钙钛矿3^103四方纳米粉体的X射线衍射图；
[0025]图2为实施例一合成的钙钛矿SrTi03四方纳米粉体的扫描电子显微镜图；
[0026]图3为对比例一合成的钙钛矿SrT1jt球形纳米粉体的扫描电子显微镜图；
[0027]图4为实施例一合成的钙钛矿3^丨03四方纳米粉体降解亚甲基蓝的降解图；
[0028]图5为亚甲基蓝的自降解图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合实施例进一步说明本发明。
[0030]实施例一
[0031]1)将4mmol硫酸钛和2mmol氢氧化钾分别溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.07mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为0.lmol/L。
[0032]2)在搅拌状态下将50ml硫酸钛溶液缓缓滴入到20ml氢氧化钾溶液中，滴加速度为2滴/秒，获得白色钛的氧化物沉淀，静置20min，过滤并用去离子水清洗沉淀3次。
[0033]3)将硝酸锶和四甲基氢氧化铵分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.lmol/L，四甲基氢氧化钱溶液的摩尔浓度为0.lmol/L。
[0034]4)将清洗过的0.8g钛的氧化物沉淀、15ml硝酸锁水溶液和10ml四甲基氢氧化钱溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40%，搅拌2h后，在200°C下保温4小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60°C温度下烘干，得到钙钛矿SrTi03四方纳米颗粒纳米粉体。所合成的钙钛矿SrTi03四方纳米颗粒纳米粉体的X射线衍射图，如图1所示，产物为钙钛矿的