以介孔碳和介孔二氧化硅為硬模板制備介孔LaFeO3的方法技術

以介孔碳和介孔二氧化硅為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，屬于介孔LaFeO3的制備技術領域。基于乙二醇為表面活性劑和介孔碳為硬模板、在去除硬模板過程中采用在空氣中高溫焙燒的方法，不需要用NaOH去除硬模板來制備介孔LaFeO3；基于檸檬酸為絡合劑和介孔SiO2為硬模板，將浸漬溫度調控到50-100℃，克服了浸漬時由于水溶液的表面張力過大可能導致溶液無法順利浸漬到模板孔道中。本發明專利技術具有原料廉價易得，制備過程簡單，產物催化活性高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及介孔鈣鈦礦型氧化物LaFeO3的制備方法，具體地說涉及以介孔碳、介孔二氧化硅為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，屬于介孔LaFeO3的制備

技術介紹
介孔分子篩的優越性在于其具有可調的孔徑、穩定的骨架結構、易于修飾的內表面、一定壁厚且易于摻雜的無定型骨架以及高比表面積，可用作吸附劑、催化劑及載體，還可以利用有序介孔作為“微反應器”，制備具有特殊光、電、磁等性能的納米材料，因此在化學工業、能源與環境、生物技術、吸附分離、催化及光、電磁等眾多領域有很廣闊的發展前 景。在介孔材料中，三維有序介孔二氧化硅(KIT-6)分子篩的水熱穩定良好，是一種很好的催化劑載體。雖然KIT-6具有孔徑可調，易制備等優點，但以其為硬模板制備鈣鈦礦型氧化物之后用NaOH去除模板的過程中會造成鈣鈦礦型氧化物的大量損失，所以需要尋找一種可以直接燒掉的硬模板，避免目標產物的損失。碳模板就是一種理想的目標材料。Morignchi等(I. Moriguchi, et al. , Chem.Commun.，2002，67:18-44)報道通過在溶膠硅復合物的疏水區二乙烯基苯(DVB)的原位聚合得到了一種介孔碳。Lee 等(J. Lee, et al. , Chem. Mater. , 2004,121:3316-3323)報道通過三嵌段共聚物P123/酚醛樹脂/硅復合物的直接碳化得到了介孔碳。總的來說，他們所采用的做法是將硅源、碳前驅體混合，通過溶膠-凝膠過程直接得到無機/有機復合物，在此過程中介孔硅的生成與碳前驅體聚合反應同步發生，再經碳化、去模板最后獲得有序介孔碳。但是采用這兩種路線得到的介孔碳的孔道都缺乏長程有序性，導致以其為模板得到的鈣鈦礦型氧化物的有序度不聞。另外一種制備方法為液相浸潰法。該方法是將碳前驅體以溶液的形式填充到硬模板的介孔中。例如，Ryo 等(R. Ryoo, et al. , Phys. Chem.，1999,53:43-77)在合成 CMK-1 介孔碳時，以蔗糖為碳源，MCM-48分子篩為模板，將MCM-48首先浸入到蔗糖的硫酸溶液中，為了獲得完全的碳源填充，須對MCM-48進行反復浸潰一干燥一 160°C熱處理，然后將干燥得到的產物在低壓或惰性氣體保護下加熱到1100°C碳化，這時蔗糖在硫酸的催化作用下轉化為碳。該方法原料簡單易得，價格低廉。對設備要求不高。鈣鈦礦型氧化物的制備有高溫固相法、溶膠-凝膠法、水熱法、熔鹽合成法、微乳液法等。1998 年由 Steven 等(M. Steven，et al.，2006，177:2005-2008)首次報道了在濕化學中發展起來的液相沉積法，應用此法只需在適當的反應溶液中浸入基片，基片表面就會沉積出均勻的氧化物薄膜。Wang 等(Y. G. Wang, et al. , J. Nanosci. Nanotechnol. , 2009,9:933-936)用硬模板浸潰法制備了介孔LaCoO3，產物有高度有序，孔道規整。然而該方案存在去除硬模板過程中，會造成大量目標產物的損失。
技術實現思路
為了避免因去除模板而導致目標產物的損失，本專利技術采用了有序介孔碳為模板制備介孔LaFeO3，該方案在去除硬模板過程中采用在空氣中高溫焙燒的方法，不需要用NaOH去除硬模板，可以避免NaOH溶液對鈣鈦礦型氧化物的破壞。本專利技術也采用了以介孔SiO2為硬模板制取了鈣鈦礦型氧化物LaFeO315在實際制備過程中，考慮到浸潰時由于水溶液的表面張力過大可能導致溶液無法順利浸潰到模板孔道中，將浸潰溫度調控到50-100°C時能夠避免該問題(一般為80°C)。采用了有序介孔碳為模板制備介孔LaFeO3,也采用了此技術方案。一種基于乙二醇為表面活性劑和介孔碳為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，其特征在于，包括以下步驟取乙二醇加入摩爾比為1:1的La(NO3)3和Fe (NO3)3，其中每5ml乙二醇中分別加入Immol IOmmol的La(NO3)3和Fe (NO3)3,在室溫條件下攪拌4h,同時配置甲醇和乙二醇體積比為的混合溶劑，因為甲醇分子量更小，更能降低溶液進入模板孔道的阻力，將該溶劑與上述溶液混合，使得混合后每25ml溶液中含有ImmoflOmmol的La(NO3)3 ;為了防止去除模板過程中造成的產物損失，向混合后的溶液中加入介孔碳模板，優選每25ml溶液對應0. 2 lg介孔碳模板；為了更有利于溶液進入模板孔道，將該溶液在密閉條件、5(T10(TC條件下攪拌4h，之后再在室溫下超聲l 4h，再室溫攪拌至凝膠狀態；之后在60°C條件下干燥10h，徹底干燥，再將其轉移至管式爐中，在N2氛圍下，以1°C /min的速率升至750°C并在該溫度下保持3h ;再將其在空氣氛圍下，以1°C /min的速率升至750°C并在該溫度下保持3h，除去碳模板，最終得到介孔LaFeO315上述介孔碳模板是一種高度有序介孔碳，其合成的具體方案，包括以下步驟將濃硫酸溶于水中，攪拌均勻，再加入蔗糖，蔗糖完全溶解后，加入KIT-6，然后混合液在室溫下攪拌至水分幾乎蒸發完全；其中水的體積ml :濃硫酸的質量g :蔗糖的質量g KIT-6的質量g為36ml 0. 84g :7. 5g 6g ;之后將其轉移至80°C的烘箱中，初步碳化6h，再將溫度升至160°C進一步碳化6h ;將濃硫酸加入去離子水攪拌均勻，然后加入蔗糖，得到混合液，其中濃硫酸質量g :去離子水的體積ml :蔗糖的質量g為0. 48g 36ml :4. 5g ;將上述碳化好的粉末加入該混合溶液中，在室溫下攪拌至水分幾乎蒸發完全，之后將其轉移至80°C的烘箱中，碳化6h，再將溫度升至160°C進一步碳化6h，得到的粉末轉移至管式爐中，在900°C、N2氛圍保護下以1°C /min的速率升至900°C并在該溫度下保持3h。最后用10%的HF去除KIT-6。得到高度有序介孔碳，其小角度XRD譜圖見圖1，其TEM照片見圖3(a)。—種基于朽1檬酸為絡合劑和介孔SiO2為硬模板制備介孔LaFeO3的方法,其特征在于，包括以下步驟取甲醇水體積比為3: f 1:1的混合溶劑20ml，向其中加入摩爾比為3. 75:3. 75 8的La (NO3) 3、Fe (NO3) 3和檸檬酸，在室溫下攪拌8h，加入0. 5 Ig介孔SiO2硬模板，每3. 75mol的La (NO3)3對應0. 5 lg介孔SiO2硬模板；為了更有利于溶液進入模板孔道，將該溶液在密閉條件下6(TlO(rC條件攪拌4h，之后再在室溫下超聲l 4h，再室溫攪拌至凝膠狀態；之后在60°C條件下干燥10h，徹底干燥；將其轉至馬弗爐中，以1°C /min的速率升至750°C并在該溫度下保持3h ;取出后，用2mol/L NaOH溶液除去硬模板，過濾，用去離子水洗滌，干燥，最終得到介孔LaFeO315上述所用的介孔SiO2硬模板是一種高度有序介孔SiO2，其合成方法，包括以下步驟將F127、TMB、KC1溶入2mol/L HCl溶液中，攪拌2h后，再將TEOS加入，再攪拌24h，之后將其轉移到自壓釜中，使其填充率80%，在100°C條件下水熱24h，之后過濾干燥；其中F127的質量g、TM本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于乙二醇為表面活性劑和介孔碳為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，其特征在于，包括以下步驟：取乙二醇加入摩爾比為1:1的La(NO3)3和Fe(NO3)3，其中每5ml乙二醇中分別加入1mmol~10mmol的La(NO3)3和Fe(NO3)3，在室溫條件下攪拌4h，同時配置甲醇和乙二醇體積比為1:4~1:1的混合溶劑，因為甲醇分子量更小，更能降低溶液進入模板孔道的阻力，將該溶劑與上述溶液混合，使得混合后每25ml溶液中含有1mmol~10mmol的La(NO3)3；為了防止去除模板過程中造成的產物損失，向混合后的溶液中加入0.2~1g介孔碳模板，優選每25ml溶液對應0.2~1g介孔碳模板；為了更有利于溶液進入模板孔道，將該溶液在密閉條件、50~100℃條件下攪拌4h，之后再在室溫下超聲1~4h，再室溫攪拌至凝膠狀態；之后在60℃條件下干燥10h，徹底干燥，再將其轉移至管式爐中，在N2氛圍下，以1℃/min的速率升至750℃并在該溫度下保持3h；再將其在空氣氛圍下，以1℃/min的速率升至750℃并在該溫度下保持3h，除去碳模板，最終得到介孔LaFeO3。

【技術特征摘要】
1.一種基于乙二醇為表面活性劑和介孔碳為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，其特征在于，包括以下步驟取乙二醇加入摩爾比為I: I的La (NO3) JPFe (NO3) 3，其中每5ml乙二醇中分別加入ImmoriOmmol的La(NO3)3和Fe (NO3) 3,在室溫條件下攪拌4h,同時配置甲醇和乙二醇體積比為1:41:1的混合溶劑，因為甲醇分子量更小，更能降低溶液進入模板孔道的阻力，將該溶劑與上述溶液混合，使得混合后每25ml溶液中含有lmmof IOmmol的La (NO3) 3 ；為了防止去除模板過程中造成的產物損失，向混合后的溶液中加入O. 2^1g介孔碳模板，優選每25ml溶液對應O. 2 lg介孔碳模板；為了更有利于溶液進入模板孔道，將該溶液在密閉條件、5(TlO(rC條件下攪拌4h，之后再在室溫下超聲l 4h，再室溫攪拌至凝膠狀態；之后在60°C條件下干燥10h，徹底干燥，再將其轉移至管式爐中，在N2氛圍下，以1°C /min的速率升至750°C并在該溫度下保持3h ;再將其在空氣氛圍下，以1°C /min的速率升至750°C并在該溫度下保持3h，除去碳模板，最終得到介孔LaFeO3152.權利要求I所述的一種基于乙二醇為表面活性劑和介孔碳為硬模板制備介孔LaFeO3的方法，其特征在于，上述介孔碳模板是一種高度有序介孔碳，其合成的具體方案， 包括以下步驟將濃硫酸溶于水中，攪拌均勻，再加入蔗糖，蔗糖完全溶解后，加入KIT-6，然后混合液在室溫下攪拌至水分幾乎蒸發完全；其中水的體積ml :濃硫酸的質量g :蔗糖的質量g :KIT-6的質量g為36ml :0. 84g :7. 5g 6g ;之后將其轉移至80°C的烘箱中，初步碳化6h，再將溫度升至160°C進一步碳化6h ;將濃硫酸加入去離子水攪拌均勻，然后加入蔗糖，得到混合液，其中濃硫酸質量g :去離子水的體積ml :鹿糖的質量g為O. 48g 36ml :4. 5g ；將上述碳化好的粉末加入該混合溶液中，在室溫下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴洪興，高寶族，鄧積光，劉雨溪，趙振璇，李欣尉，王媛，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：