專利名稱：一種鈦酸鍶納米片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈦酸鍶納米片的制備方法，屬于無機功能材料領域。
背景技術：
納米材料存在量子尺寸效應，具有比塊體材料更優(yōu)異的物理化學性質，其制備方法是近年來材料科學關注和研究的熱點。材料的微觀形貌和尺寸決定著材料的性能。越來越多的研究集中在材料微觀形貌的控制上。鈦酸鍶是一種典型而重要的ABO3型鈣鈦礦氧化物，由于其具有光電特性、化學穩(wěn)定性且無毒，是禁帶寬度為3. 2eV的半導體，其廣泛應用于晶界層電容器(GBLC)及其它電子器件、氧氣傳感器、光催化和染料敏化電池的光電極材料等等。這引起了廣大科研工作者的重要關注和研究。二維片狀納米結構呈平面狀，具有高比表面積，對其性能的改變有重要作用。鈦酸鍶是一種立方相鈣鈦礦結構，由于結構的各向異性較小，難以實現(xiàn)取向生長， 因此不易實現(xiàn)二維納米片的制備。到目前為止，Hongkun Park等人通過雙金屬醇鹽控制分解制備出鈦酸銀納米棒。Joshi和Y. Jing等人用水熱法制備出了 SrTiO3納米線。M. Xu等人用醋酸鍶和鈦酸四丁酯為原料通過溶膠凝膠水熱法制備出了星狀納米結構。浙江大學用硫酸鈦和硝酸鍶為原料采用水熱法制備出了鈦酸鍶二維枝杈晶，但是關于鈦酸鍶納米片的制備還沒有報道。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈣鈦礦鈦酸鍶納米片的制備方法。本發(fā)明的鈦酸鍶納米片的制備方法，采用的是溶劑熱合成法，具體步驟如下
1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，調節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為O.Γ0. 5mol/L ；
2)在攪拌的情況下，將f3ML氨水加入到上述鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中，靜置、 沉降、過濾、去離子水清洗，得到鈦羥基氧化物沉淀；
3)將鈦羥基氧化物沉淀、硝酸鍶、氫氧化鉀加入到反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應釜內膽中反應物料的混合溶液達到反應釜容積的70°/Γ90%，攪拌至少I小時，反應物料乙二醇溶液中，鈦、鍶的含量換算為欲合成的鈦酸鍶的摩爾濃度為O. 05 O. 25mol/L,其中鍶、 鈦的摩爾比例為廣3，氫氧化鉀的摩爾濃度為O. 5 6mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積；
4)將配置有反應物料的反應釜內膽密閉于反應釜中，密封，在150°C 240°C保溫反應4 24小時，然后，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用O. 59Γ2%的稀硝酸、去離子水、無水乙醇清洗，60°C 100°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。本發(fā)明步驟3)中，硝酸鍶可以結晶狀形式加入到反應釜中，或者也可將硝酸鍶溶解到乙二醇中，以溶液的形式加入到反應釜中。步驟3)中，氫氧化鉀可以以顆粒狀形式加入到反應釜中，或者也可將氫氧化鉀溶解到乙二醇中，以溶液的形式加入到反應釜中。本發(fā)明制備過程中，使用的反應釜是聚四氟乙烯內膽，不銹鋼套件密閉的反應釜。本發(fā)明中，所用的鈦酸四丁酯、硝酸鍶、氫氧化鉀、乙二醇以及氨水和無水乙醇純度均不低于化學純。本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明采用乙二醇溶劑熱制備了鈣鈦礦鈦酸鍶納米片。本發(fā)明的溶劑熱合成方法設備簡單，工藝條件容易控制，成本低，無污染，易于工業(yè)化生產。本發(fā)明制備的鈦酸鍶納米片結晶質量穩(wěn)定，比表面積大。在電光器件、存儲器件、氧傳感器、光催化劑、太陽能電池等領域具有廣闊的應用前景。
圖I是本發(fā)明制備的鈦酸鍶納米片的X射線衍射(XRD)圖譜；
圖2是本發(fā)明制備的鈦酸鍶納米片的掃描電鏡(SEM)照片；
圖3是本發(fā)明制備的鈦酸鍶納米片的透射電鏡(TEM)照片。
具體實施例方式以下結合實施例進一步說明本發(fā)明。實施例I
1)稱取I.702g鈦酸四丁酯，加入到20ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至充分溶解；
2)攪拌狀態(tài)下，向步驟I)制備的鈦酸四丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入2ml純氨水溶液，靜置，沉降，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；
3)稱取I.058g硝酸鍶，加入到IOml乙二醇中，加熱磁力攪拌至完全溶解；
4)將鈦的羥基氫氧化物沉淀、硝酸鍶的乙二醇溶液、I.12g氫氧化鉀固體加入容積 50ml的反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應物料混合溶液的體積為反應釜內膽容積的80%， 攪拌12小時，得到前軀體漿料；
5)將裝有前軀體漿料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在200°C保溫24小時進行溶劑熱處理，然后讓反應釜自然冷卻至室溫，卸釜，將反應產物取出，過濾，用1%的稀硝酸溶液清洗4次，去離子水清洗2次，再用無水乙醇清洗2次，60°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。其 XRD圖譜見圖1，由圖可見所得的鈦酸鍶納米片結晶性良好。其掃描電鏡照片(SEM)見圖2， 其透射電鏡見圖3。由圖可以看出，所得產物為鈦酸鍶無規(guī)則納米片，尺寸介于幾十到一百納米之間。實施例2
1)稱取I.702g鈦酸四丁酯，加入到20ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至充分溶解；
2)攪拌狀態(tài)下，向步驟I)制備的鈦酸四丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入2ml純氨水溶液，靜置，沉降，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；
3)稱取2.116g硝酸鍶，加入到20ml乙二醇中，加熱磁力攪拌至完全溶解；
4)將鈦的羥基氫氧化物沉淀、硝酸鍶的乙二醇溶液、2.24g氫氧化鉀固體加入容積 50ml的反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應物料混合溶液的體積為反應釜內膽容積的80%， 攪拌6小時，得到前軀體漿料；5)將裝有前軀體漿料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在200°C保溫12小時進行溶劑熱處理，然后讓反應釜自然冷卻至室溫，卸釜，將反應產物取出，過濾，用1%的稀硝酸溶液清洗4次，去離子水清洗2次，再用無水乙醇清洗2次，60°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。實施例3
1)稱取O.6806g鈦酸四丁酯,加入到20ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至充分溶解；
2)攪拌狀態(tài)下，向步驟I)制備的鈦酸四丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入Iml純氨水溶液，靜置，沉降，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；
3)稱取O.4233g硝酸鍶，加入到IOml乙二醇中，加熱磁力攪拌至完全溶解；
4)將鈦的羥基氫氧化物沉淀、硝酸鍶的乙二醇溶液、I.12g氫氧化鉀固體加入容積 50ml的反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應物料混合溶液的體積為反應釜內膽容積的80%， 攪拌10小時，得到前軀體漿料；
5)將裝有前軀體漿料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在200°C保溫8小時進行溶劑熱處理，然后讓反應釜自然冷卻至室溫，卸釜，將反應產物取出，過濾，用1%的稀硝酸溶液清洗4次，去離子水清洗2次，再用無水乙醇清洗2次，60°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。實施例4
1)稱取O.8510g鈦酸四丁酯,加入到20ml乙二醇甲醚中，磁力攪拌至充分溶解；
2)攪拌狀態(tài)下，向步驟I)制備的鈦酸四丁酯的乙二醇甲醚溶液中加入2ml純氨水溶液，靜置，沉降，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；
3)稱取O.5290g硝酸鍶，加入到IOml乙二醇中，加熱磁力攪拌至完全溶解；
4)將鈦的羥基氫氧化物沉淀、硝酸鍶的乙二醇溶液、2.24g氫氧化鉀固體加入容積 50ml的反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應物料混合溶液的體積為反應釜內膽容積的80%， 攪拌10小時，得到前軀體漿料；
5)將裝有前軀體漿料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在200°C保溫6小時進行溶劑熱處理，然后讓反應釜自然冷卻至室溫，卸釜，將反應產物取出，過濾，用1%的稀硝酸溶液清洗4次，去離子水清洗2次，再用無水乙醇清洗2次，60°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。
權利要求
1.一種鈦酸鍶納米片的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟1)將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，調節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為O.Γ0. 5mol/L ；2)在攪拌的情況下，將f3ML氨水加入到上述鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中，靜置、 沉降、過濾、去離子水清洗，得到鈦羥基氧化物沉淀；3)將鈦羥基氧化物沉淀、硝酸鍶、氫氧化鉀加入到反應釜內膽中，用乙二醇調節(jié)反應釜內膽中反應物料的混合溶液達到反應釜容積的70°/Γ90%，攪拌至少I小時，反應物料乙二醇溶液中，鈦、鍶的含量換算為欲合成的鈦酸鍶的摩爾濃度為O. 05 O. 25mol/L,其中鍶、 鈦的摩爾比例為廣3，氫氧化鉀的摩爾濃度為O. 5 6mol/L，摩爾濃度的體積基數(shù)為前軀體漿料的總體積；4)將配置有反應物料的反應釜內膽密閉于反應釜中，密封，在150°C 240°C保溫反應4 24小時，然后，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用O. 59Γ2%的稀硝酸、去離子水、無水乙醇清洗，60°C 100°C烘干，得到鈦酸鍶納米片。
2.根據(jù)權利要求I所述的鈦酸鍶納米片的制備方法，其特征是步驟3)硝酸鍶以結晶狀形式加入到反應釜中，或者將硝酸鍶溶解到乙二醇中，以溶液的形式加入到反應釜中。
3.根據(jù)權利要求I所述的鈦酸鍶納米片的制備方法，其特征是步驟3)氫氧化鉀以顆粒狀形式加入到反應釜中，或者將氫氧化鉀溶解到乙二醇溶劑中，以溶液的形式加入到反應釜中。
4.根據(jù)權利要求I所述的鈦酸鍶納米片的制備方法，其特征是使用的反應釜是聚四氟乙烯內膽，不銹鋼套件密閉的反應釜。
5.根據(jù)權利要求I所述的鈦酸鍶納米片的制備方法，其特征是所用的鈦酸四丁酯、硝酸鍶、氫氧化鉀、乙二醇、氨水和無水乙醇純度均不低于化學純。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦酸鍶納米片的制備方法。該方法以鈦酸四丁酯為鈦源，硝酸鍶為鍶源，氨水為沉淀劑。首先采用氨水沉淀鈦鹽得到鈦的羥基氫氧化物沉淀并與硝酸鍶一起作為溶劑熱反應物料，用乙二醇作為反應體系溶劑，在氫氧化鉀礦化劑作用下，于150℃～240℃溶劑熱合成鈣鈦礦結構鈦酸鍶自組裝納米片。本發(fā)明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)?；a。制備出的產品結晶質量穩(wěn)定，比表面積大。在電光器件、存儲器件、氧傳感器、光催化劑、太陽能電池等領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102583517SQ20121004035
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權日2012年2月22日
發(fā)明者任召輝, 張嚴芳, 徐剛, 杜丕一, 沈鴿, 翁文劍, 趙高凌, 韓高榮, 魏曉 申請人:浙江大學