[發明專利]一種具有高比表面積的鈦酸鍶納米片的水熱制備方法

在審

• 申請號: 202011153485.X
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112357953A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 姜忠義;鄒曉燕;楊冬;趙旭陽;周致遠;丁菲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y40/00;B01J23/26;B01J35/10;B01J37/10;B01J37/03
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種具有高比表面積的鈦酸鍶納米片的水熱制備方法，包括以下步驟：將鈦酸正丁酯溶解到乙二醇單甲醚溶液中，并在攪拌的狀態下，加入氨水與其反應，將得到沉淀物進行過濾洗滌；沉淀物、鍶鹽的前驅物、金屬鉻的前驅物、氫氧化鈉與乙二醇溶液混合均勻；將混合溶液密封在水熱釜中，在高溫下反應，反應后的產物經清洗去除過量反應物和副產物，經烘干得到具有高比表面積的鉻摻雜鈦酸鍶納米片。本發明制備得到的鉻摻雜鈦酸鍶納米片，其比表面積大于顆粒的比表面積的20多倍，金屬鉻的摻雜量可調，在可見光照射下光催化還原Cr(VI)活性較高，循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及一種具有高比表面積的鉻摻雜鈦酸鍶納米片的水熱制備方法。

背景技術

近年來，作為利用太陽能最重要的半導體光催化技術因為其環境友好和資源節約等優點引起了廣泛關注。在半導體光催化過程中，光催化劑是其核心，因此，合成具有高光催化性能的納米材料成為該領域的研究熱點。

迄今為止，大量的納米結構材料，如納米顆粒、納米棒、納米線、和納米管等，因為其化學性能隨著其尺寸減小到納米級而得到顯著提高，已經被大量地用作光催化劑。最近，隨著石墨烯等二維材料的發現，二維納米結構由于其應用涉及從催化劑到能量轉化和信息存儲等方面引起廣泛關注。目前，MoS₂、PbS和BN等二維結構的納米片已經被成功制備出來。研究發現，上述二維材料都是由層狀晶體構成，而從嚴格的三維晶體結構材料，如鈣鈦礦型鈦酸鍶晶體，制備二維結構材料仍然是一個嚴峻挑戰。

鈦酸鍶是典型ABO₃型鈣鈦礦結構的復合氧化物，一般是白色立方晶體結構，由于具有較大的非線性光學系數、安全無毒、成本低、效率高、具有持久的光穩定性和耐腐蝕性等優點；而且，SrTiO₃的導帶邊緣(-1.13eV)和銳鈦礦TiO₂(-0.29eV)相比，導帶更負，具備更強的還原能力，使得它在光解水制備氫氣和氧氣，降解有機污染物等領域具有廣泛的應用價值；因此鈦酸鍶被認為是最好的n型半導體光催化劑之一，對其進行改性研究也就成為當前光催化領域的研究熱點。2011年，Niu等利用油酸為封蓋劑制備了鈦酸鍶納米片。然而，這種制備方法在水熱之前需要嚴格控制在0℃，油酸在較低的溫度下，容易凝固，使得在整個溶液中分散不均勻；并且制備的納米片不能解決鈦酸鍶不能吸收利用可見光的問題。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提出一種具有高比表面積鉻摻雜鈦酸鍶納米片的水熱制備，合成的材料在可見光照射下光催化效果較好。本發明中，以乙二醇為封蓋劑，利用乙二醇分子結構中的兩個氫鍵能夠定向吸附在鈦酸鍶晶體的特定(110)晶面，同時在制備的過程中摻雜過渡金屬元素鉻，制備得到具有高比表面積的鈦酸鍶納米片。該制備方法得到的鈦酸鍶對光催化性能及其他相關特性有著明顯的優化和促進作用。迄今為止，具有高比表面積的鉻摻雜鈦酸鍶納米片尚未見公開報道。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種具有高比表面積的鈦酸鍶納米片的水熱制備方法，如圖1所示，步驟如下：

步驟一、將一定量的鈦酸正丁酯溶解到適量的乙二醇單甲醚溶液中得到混合溶液A，其中，鈦酸正丁酯的摩爾濃度為0.1-0.4mol/L，鈦酸正丁酯與乙二醇單甲醚溶液的質量體積比為0.085g/mL；在攪拌的狀態下，加入氨水與該混合溶液A反應，氨水與混合溶液A的體積比為1:10，反應完成后得到沉淀；

步驟二、過濾并用去離子水洗滌上述得到的沉淀；

步驟三、將上述沉淀、鍶鹽的前驅物、金屬鉻的前驅物、氫氧化鈉與乙二醇溶液混合均勻，得到混合溶液B，其中，鍶鹽的前驅物：金屬鉻的前驅物：乙二醇：氫氧化鈉：沉淀的摩爾比為0.9-1.1：0.006-0.03：2-5：3-6：1；

步驟四、將混合溶液B密封在水熱釜中，在180℃-220℃下反應8-16h，反應后的產物經清洗去除過量反應物和副產物，經烘干得到具有高比表面積的鉻摻雜鈦酸鍶納米片。