本發(fā)明涉及鈣鈦礦功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋯酸鋇中空結(jié)構(gòu)納米晶材料的制備方法。

背景技術(shù)：

鈣鈦礦功能材料BaZrO₃是一種重要的難熔多元氧化物，由于熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性差、機(jī)械性能良好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高溫超導(dǎo)、燃料電池、介電材料、傳感器、隔熱涂層等方面有非常廣泛的潛在作用。眾所周知，材料的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能有著重要的影響。因此，通過(guò)合適的工藝來(lái)調(diào)控BaZrO₃材料的顯微結(jié)構(gòu)，對(duì)性能的優(yōu)化來(lái)說(shuō)意義重大。

中空材料納米晶具有傳統(tǒng)納米尺度下三維材料很多不具備的性能，例如表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等。由于中空材料納米晶具有大的比表面積，載流子轉(zhuǎn)移時(shí)間短等特性，其物理化學(xué)性能對(duì)界面反應(yīng)和外界環(huán)境非常敏感，在光學(xué)和電學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

綜上所述，BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料具有重要的研究前景和應(yīng)用價(jià)值。而根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料的合成工藝主要有水熱法、回流法、溶膠凝膠法這幾種。這些方法通常受到工藝復(fù)雜、成本高、資源浪費(fèi)等方面的限制，在實(shí)際生產(chǎn)中并不能得到大規(guī)模的應(yīng)用。因此，為了克服這些缺點(diǎn)，采用一步溶劑熱的方法便顯得很有應(yīng)用前景。溶劑熱法操作簡(jiǎn)便，通過(guò)調(diào)控溶劑熱的反應(yīng)溫度和保溫時(shí)間等因素可以控制晶體生長(zhǎng)。因此，本發(fā)明采用一步溶劑熱的方法合成BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料。合成的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于控制，比表面積大，產(chǎn)物產(chǎn)率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于控制，比表面積大，產(chǎn)物產(chǎn)率高的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料的制備方法。

一種鋯酸鋇(BaZrO₃)中空結(jié)構(gòu)納米晶材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將氧氯化鋯溶于水中，混合均勻，再滴加氨水，得到鋯的羥基氧化物白色沉淀；

2)向鋯的羥基氧化物白色沉淀中加入乙二胺，攪拌中加入鋇鹽，加入KOH，KOH的濃度維持在0.8mol/L～10mol/L，攪拌均勻，得到懸濁液，然后將懸濁液裝入反應(yīng)釜；

3)將反應(yīng)釜放入150℃-220℃溫度下溶劑熱反應(yīng)6h～36h后，之后經(jīng)洗滌、烘干和研磨后，得到BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料，為白色粉體。

步驟1)中，所述的氧氯化鋯的物質(zhì)的量與水的體積之比為2～8mol：5～15L，進(jìn)一步優(yōu)選，所述的氧氯化鋯的物質(zhì)的量與水的體積之比為4～6mol：8～12L，更優(yōu)選，所述的氧氯化鋯的物質(zhì)的量與水的體積之比為5mol：10L。

所述的氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20％～40％，進(jìn)一步優(yōu)選為30％。

步驟2)中，所述的乙二胺與步驟1)中的水的體積之比為2～4:1，進(jìn)一步優(yōu)選，所述的乙二胺與步驟1)中的水的體積之比為3:1。

所述的鋇鹽中鋇與氧氯化鋯中鋯的摩爾比為0.95～1.2：1，進(jìn)一步優(yōu)選，所述的鋇鹽中鋇與氧氯化鋯中鋯的摩爾比為1～1.2：1。

KOH的濃度維持在0.8mol/L～4mol/L，進(jìn)一步優(yōu)選，KOH的濃度維持在1mol/L～3mol/L。

步驟3)中，將反應(yīng)釜放入180℃-210℃溫度下溶劑熱反應(yīng)6h～24h。

所述的洗滌采用水和乙醇反復(fù)洗滌。

將反應(yīng)釜放入烘箱中，溶劑熱反應(yīng)在反應(yīng)釜的密閉環(huán)境中進(jìn)行。

上述的氧氯化鋯、鋇鹽、KOH、乙二胺、無(wú)水乙醇均為化學(xué)純。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過(guò)一步溶劑熱的方法制備BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶。本發(fā)明在第一步形成鋯的羥基氧化物白色沉淀，為BaZrO₃的合成提供鋯來(lái)源。第二步加入鋇源后，在KOH礦化劑和乙二胺溶劑中攪拌，混合均勻，為制備BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶提供前驅(qū)體。最后控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，進(jìn)而控制熟化過(guò)程，合成出BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料。該制備方法易于控制，成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明采用一步溶劑熱的方法合成BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料。合成的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶材料工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于控制，比表面積大，產(chǎn)物產(chǎn)率高。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制備的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶的SEM照片；

圖2是實(shí)施例1制備的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶的TEM照片；

圖3是實(shí)施例1制備的BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶的STEM照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明方法。

實(shí)施例1

1)將氧氯化鋯5mmol溶于10mL去離子水中，攪拌溶解，向所得溶液中滴加濃度為30％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的氨水溶液，得到鋯的羥基氧化物白色沉淀；

2)向鋯的羥基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，攪拌中分別加入鋇鹽，保持Ba:Zr摩爾比為1:1，KOH的濃度維持在1M，攪拌一定時(shí)間后，將上述懸濁液裝入反應(yīng)釜；

3)將密閉的反應(yīng)釜放入烘箱，通過(guò)在200℃溫度下溶劑熱反應(yīng)12h后，隨爐冷卻后用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌、烘干和研磨后，得到白色粉體就是BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶。

實(shí)施例2

1)將氧氯化鋯5mmol溶于10mL去離子水中，攪拌溶解，向所得溶液中滴加濃度為30％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的氨水溶液，得到鋯的羥基氧化物白色沉淀；

2)向鋯的羥基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，攪拌中分別加入一定量的鋇鹽，保持Ba:Zr摩爾比為1:1，KOH的濃度維持在1M，攪拌一定時(shí)間后，將上述懸濁液裝入反應(yīng)釜；

3)將密閉的反應(yīng)釜放入烘箱，通過(guò)在200℃溫度下溶劑熱反應(yīng)24h后，隨爐冷卻后用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌、烘干和研磨后，得到白色粉體就是BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶。

實(shí)施例3

1)將氧氯化鋯5mmol溶于10mL去離子水中，攪拌溶解，向所得溶液中滴加適量濃度為30％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的氨水溶液，得到鋯的羥基氧化物白色沉淀；

2)向鋯的羥基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，攪拌中分別加入一定量的鋇鹽，保持Ba:Zr摩爾比為1:1，KOH的濃度維持在3M，攪拌一定時(shí)間后，將上述懸濁液裝入反應(yīng)釜；

3)將密閉的反應(yīng)釜放入烘箱，通過(guò)在200℃溫度下溶劑熱反應(yīng)12h后，隨爐冷卻后用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌、烘干和研磨后，得到白色粉體就是BaZrO₃中空結(jié)構(gòu)納米晶。