一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法包括：1)鈦酸四丁酯水解得到鈦的氫氧化物；2)將鈦的氫氧化物分散于水中，加入氫氧化鉀，在170?230℃下進行水熱反應得到纖維狀鈦酸鉀；3)將纖維狀鈦酸鉀分散于乙二醇與水的混合體系中，依次加入硝酸鍶和氫氧化鉀，在170?230℃下水熱反應得到鈦酸鍶納米顆粒。該方法能夠得到尺寸介于8～20nm之間的鈦酸鍶納米顆粒，且分散性、均勻性和光催化性好。

Preparation of strontium titanate nanoparticles

The preparation method of strontium titanate nanoparticles includes: 1) hydrolysis of tetrabutyl titanate to obtain titanium hydroxide; 2) dispersion of titanium hydroxide in water, adding potassium hydroxide, hydrothermal reaction at 170 230 C to obtain fibrous potassium titanate; 3) dispersion of fibrous potassium titanate in the mixture of ethylene glycol and water, successively adding strontium nitrate and potassium hydroxide; Strontium titanate nanoparticles were synthesized by hydrothermal reaction at 170 230 (?) Strontium titanate nanoparticles with size ranging from 8 to 20 nm can be obtained by this method, with good dispersion, uniformity and photocatalytic activity.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法
本專利技術(shù)涉及無機材料合成領(lǐng)域，具體涉及一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法。
技術(shù)介紹
鈦酸鍶是鈣鈦礦型化合物的典型代表，其點陣常數(shù)屬于立方晶系。鈦酸鍶的禁帶寬度約為3.2eV，與二氧化鈦相近。鈦酸鍶納米材料具有優(yōu)異的物理、化學性質(zhì)，例如超導性、鐵電磁性、化學穩(wěn)定性好等，在光催化、熱敏、壓敏、電容器等領(lǐng)域有廣泛的應用，是一種目前備受關(guān)注的材料。鈦酸鍶納米材料的可控制備也是研究熱點之一。目前，鈦酸鍶粉體的制備方法主要有固相反應合成法、溶膠凝膠法、水熱法等。相比于前兩種方法，水熱法不需要經(jīng)過高溫煅燒、能耗低、具有顆粒尺寸分布均勻的優(yōu)點，正越來越多的受到人們的青睞。然而，在制備鈦酸鍶納米顆粒時，小顆粒易于團聚，使所得納米顆粒的尺寸較大，目前制備的鈦酸鍶納米顆粒往往停留在幾十納米到幾百納米。如中國專利技術(shù)專利申請(CN106745210A)公開一種Li摻雜SrTiO3表面多孔納米顆粒的制備方法，包括：以硫酸鈦和氫氧化鉀制備鈦的氫氧化物沉淀，然后將鈦的氫氧化物沉淀、硝酸鍶溶液、氫氧化鉀溶液和硫酸鋰溶液攪拌混合得到前驅(qū)體，進行水熱反應，過濾，清洗，干燥得到。該方法得到Li摻雜SrTiO3的顆粒尺寸介于300-350nm。由于納米尺寸效應，尺寸更小的納米顆粒往往具有更優(yōu)異的物理化學性質(zhì)。因此，小尺寸鈦酸鍶納米晶的可控制備值得進一步的探索。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，能夠得到尺寸介于8～20nm之間的鈦酸鍶納米顆粒，分散性、均勻性和光催化性好。本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案為：一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，包括：1)鈦酸四丁酯水解得到鈦的氫氧化物；2)將鈦的氫氧化物分散于水中，加入氫氧化鉀，在170-230℃下進行水熱反應得到纖維狀鈦酸鉀；3)將纖維狀鈦酸鉀分散于乙二醇與水的混合體系中，依次加入硝酸鍶和氫氧化鉀，在170-230℃下水熱反應得到鈦酸鍶納米顆粒。本專利技術(shù)通過二步水熱反應合成鈦酸鍶納米顆粒，尺寸介于8～20nm之間，且分散性與均勻性好。本專利技術(shù)步驟1)中鈦酸四丁酯水解包括：將鈦酸四丁酯溶于乙醇，緩慢加入水，得到鈦的氫氧化物沉淀。其中，鈦的氫氧化物是指Ti(OH)4。優(yōu)選的，所述鈦酸四丁酯在乙醇中的摩爾濃度為0.1-0.25mol/L。本專利技術(shù)所述步驟2)中氫氧化鉀在反應體系中的摩爾濃度為6-10mol/L。其中，反應體系是指步驟2)中水熱反應的混合物，含有鈦的氫氧化物、氫氧化鉀和水。優(yōu)選的，所述氫氧化鉀在反應體系中的摩爾濃度為7-9mol/L。本專利技術(shù)所述步驟2)中水熱反應的溫度為190-210℃，反應時間14-18h。本專利技術(shù)所述鈦酸四丁酯與步驟2)中加入的氫氧化鉀的摩爾比為1:45-60。優(yōu)選為1:50-55。本專利技術(shù)所述步驟3)混合體系中乙二醇的體積分數(shù)為20-80％。優(yōu)選為25-75％。本專利技術(shù)所述步驟3)中混合體系的體積為30-50ml。本專利技術(shù)所述步驟3)中水熱反應的溫度為190-210℃，反應時間14-18h。本專利技術(shù)所述步驟3)中氫氧化鉀在混合體系中的摩爾濃度為0.25-1.0mol/L。其中，所述混合體系是指乙二醇與水的混合液。本專利技術(shù)所述步驟3)中硝酸鍶與纖維狀鈦酸鉀以Sr與Ti的物質(zhì)的量之比為1:0.8-1.2進行投料。作為其中一種優(yōu)選，所述鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，包括：1)將鈦酸四丁酯溶于乙醇，緩慢加入水，得到鈦的氫氧化物；所述鈦酸四丁酯在乙醇中的摩爾濃度為0.1-0.11mol/L；2)將鈦的氫氧化物分散于水中，加入氫氧化鉀，在195-205℃下進行水熱反應15-17h，得到纖維狀鈦酸鉀；所述氫氧化鉀在反應體系中的摩爾濃度為7.5-8.5mol/L；所述鈦酸四丁酯與步驟2)中加入的氫氧化鉀的摩爾比為1:52-54；3)將纖維狀鈦酸鉀分散于乙二醇與水的混合體系中，依次加入硝酸鍶和氫氧化鉀，在195-205℃下水熱反應15-17h，得到鈦酸鍶納米顆粒；所述混合體系中乙二醇的體積分數(shù)為74-75％，混合體系的體積為38-42ml；所述氫氧化鉀在混合體系中的摩爾濃度為0.4-0.6mol/L；所述硝酸鍶與纖維狀鈦酸鉀以Sr與Ti的物質(zhì)的量之比為1:0.9-1.1進行投料。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果體現(xiàn)在：(1)本專利技術(shù)工藝過程簡單，反應原料易于獲得，成本較低，無需經(jīng)過高溫煅燒，環(huán)境污染小，易于規(guī)模化生產(chǎn)。(2)本專利技術(shù)制備的鈦酸鍶納米顆粒尺寸介于8～20nm之間，且分散性、均勻性以及光催化性能好。附圖說明圖1為實施例1制備的中間產(chǎn)物鈦酸鉀的SEM圖；圖2為實施例1制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的XRD圖；圖3為實施例1制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖4為實施例1制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的TEM圖；圖5為實施例2制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖6為對比例1制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖7為對比例2制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖8為對比例3制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖9為對比例4制備的產(chǎn)物鈦酸鍶的SEM圖；圖10為實施例1、對比例1和對比例2制備的鈦酸鍶光催化降解亞甲基藍的曲線圖。具體實施方式以下結(jié)合實施例和說明書附圖對本專利技術(shù)作進一步說明。實施例11)取6mmol鈦酸四丁酯溶于60ml無水乙醇中，攪拌10min使其均勻，用滴管滴入去離子水得到白色沉淀，經(jīng)過濾、洗滌得到鈦的氫氧化物沉淀。2)將鈦的氫氧化物沉淀分散于去離子水中，攪拌10min使其均勻，加入17.96g氫氧化鉀(0.32mol)，加去離子水定容至40ml，此時氫氧化鉀的濃度為8mol/L。將懸浮液移入50ml聚四氟乙烯反應釜中進行200℃，16h水熱反應，在室溫下冷卻，洗滌后得到鈦酸鉀。中間產(chǎn)物鈦酸鉀進行SEM表征，如圖1所示，形貌為纖維狀。3)將鈦酸鉀分散于30ml乙二醇中，加水定容至40ml(混合體系中乙二醇的體積分數(shù)為75％)，依次加入1.27g一水合硝酸鍶和1.12g氫氧化鉀，攪拌30min使其均勻。此時Sr與Ti的濃度之比約為1:1，氫氧化鉀的濃度為0.50mol/L。將懸浮液移入50ml聚四氟乙烯反應釜中進行200℃，16h水熱反應。之后讓反應釜在室溫下自然冷卻，將產(chǎn)物分別用去離子水、稀硝酸、去離子水、無水乙醇洗滌后就得到鈦酸鍶納米顆粒。針對產(chǎn)物進行XRD表征，如圖2所示，XRD圖譜中所有的衍射峰均能索引到晶格常數(shù)的鈦酸鍶，這與PDF卡片35-0734報道的一致，說明該產(chǎn)物為純的鈦酸鍶。針對產(chǎn)物鈦酸鍶進行SEM表征，如圖3所示，產(chǎn)物為納米顆粒，形貌、尺寸均一，分散性好。為了進一步觀察產(chǎn)物鈦酸鍶納米晶的尺寸，針對產(chǎn)物進行TEM表征，如圖4所示，產(chǎn)物的粒徑在8～15nm之間。實施例2根據(jù)實施例1的方法進行制備，不同之處在于，在步驟3)中制備鈦酸鍶的過程中，所用乙二醇為10ml，同樣加水定容至40ml，混合體系中乙二醇的體積分數(shù)為25％。實施例2所得產(chǎn)物同樣為鈦酸鍶納米顆粒，SEM表征結(jié)果如圖5所示，粒徑在10～20nm，均勻性與分散性好。對比例1根據(jù)實施例1的方法進行制備，不同之處在于，在步驟3)中制備鈦酸鍶的過程中，不添加乙二醇，同樣加水定容至40ml。針對產(chǎn)物進行XRD和SEM表征，雖然在不添加乙二醇時同樣能得到鈦酸鍶的純相(未給出XRD圖)，但是顆粒尺寸在100-200nm(如圖6本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括：1)鈦酸四丁酯水解得到鈦的氫氧化物；2)將鈦的氫氧化物分散于水中，加入氫氧化鉀，在170?230℃下進行水熱反應得到纖維狀鈦酸鉀；3)將纖維狀鈦酸鉀分散于乙二醇與水的混合體系中，依次加入硝酸鍶和氫氧化鉀，在170?230℃下水熱反應得到鈦酸鍶納米顆粒。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括：1)鈦酸四丁酯水解得到鈦的氫氧化物；2)將鈦的氫氧化物分散于水中，加入氫氧化鉀，在170-230℃下進行水熱反應得到纖維狀鈦酸鉀；3)將纖維狀鈦酸鉀分散于乙二醇與水的混合體系中，依次加入硝酸鍶和氫氧化鉀，在170-230℃下水熱反應得到鈦酸鍶納米顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中氫氧化鉀在反應體系中的摩爾濃度為6-10mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中水熱反應的溫度為190-210℃，反應時間14-18h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述鈦酸四丁酯與步驟2)中加入的氫氧化鉀的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐剛，陳同舟，江婉，韓高榮，
申請(專利權(quán))人：浙江大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33