一种锆酸钡中空结构纳米晶材料的制备方法与流程

本发明涉及钙钛矿功能材料领域，具体涉及一种锆酸钡中空结构纳米晶材料的制备方法。

背景技术：

钙钛矿功能材料BaZrO₃是一种重要的难熔多元氧化物，由于热膨胀系数小、导热性差、机械性能良好、热稳定性和化学稳定性好等优点，在高温超导、燃料电池、介电材料、传感器、隔热涂层等方面有非常广泛的潜在作用。众所周知，材料的显微结构对材料的性能有着重要的影响。因此，通过合适的工艺来调控BaZrO₃材料的显微结构，对性能的优化来说意义重大。

中空材料纳米晶具有传统纳米尺度下三维材料很多不具备的性能，例如表面效应和小尺寸效应等。由于中空材料纳米晶具有大的比表面积，载流子转移时间短等特性，其物理化学性能对界面反应和外界环境非常敏感，在光学和电学等方面具有广泛的应用前景。

综上所述，BaZrO₃中空结构纳米晶材料具有重要的研究前景和应用价值。而根据文献报道，BaZrO₃中空结构纳米晶材料的合成工艺主要有水热法、回流法、溶胶凝胶法这几种。这些方法通常受到工艺复杂、成本高、资源浪费等方面的限制，在实际生产中并不能得到大规模的应用。因此，为了克服这些缺点，采用一步溶剂热的方法便显得很有应用前景。溶剂热法操作简便，通过调控溶剂热的反应温度和保温时间等因素可以控制晶体生长。因此，本发明采用一步溶剂热的方法合成BaZrO₃中空结构纳米晶材料。合成的BaZrO₃中空结构纳米晶材料工艺简单，成本低廉，易于控制，比表面积大，产物产率高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低廉，易于控制，比表面积大，产物产率高的BaZrO₃中空结构纳米晶材料的制备方法。

一种锆酸钡(BaZrO₃)中空结构纳米晶材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氧氯化锆溶于水中，混合均匀，再滴加氨水，得到锆的羟基氧化物白色沉淀；

2)向锆的羟基氧化物白色沉淀中加入乙二胺，搅拌中加入钡盐，加入KOH，KOH的浓度维持在0.8mol/L～10mol/L，搅拌均匀，得到悬浊液，然后将悬浊液装入反应釜；

3)将反应釜放入150℃-220℃温度下溶剂热反应6h～36h后，之后经洗涤、烘干和研磨后，得到BaZrO₃中空结构纳米晶材料，为白色粉体。

步骤1)中，所述的氧氯化锆的物质的量与水的体积之比为2～8mol：5～15L，进一步优选，所述的氧氯化锆的物质的量与水的体积之比为4～6mol：8～12L，更优选，所述的氧氯化锆的物质的量与水的体积之比为5mol：10L。

所述的氨水的质量百分数为20％～40％，进一步优选为30％。

步骤2)中，所述的乙二胺与步骤1)中的水的体积之比为2～4:1，进一步优选，所述的乙二胺与步骤1)中的水的体积之比为3:1。

所述的钡盐中钡与氧氯化锆中锆的摩尔比为0.95～1.2：1，进一步优选，所述的钡盐中钡与氧氯化锆中锆的摩尔比为1～1.2：1。

KOH的浓度维持在0.8mol/L～4mol/L，进一步优选，KOH的浓度维持在1mol/L～3mol/L。

步骤3)中，将反应釜放入180℃-210℃温度下溶剂热反应6h～24h。

所述的洗涤采用水和乙醇反复洗涤。

将反应釜放入烘箱中，溶剂热反应在反应釜的密闭环境中进行。

上述的氧氯化锆、钡盐、KOH、乙二胺、无水乙醇均为化学纯。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过一步溶剂热的方法制备BaZrO₃中空结构纳米晶。本发明在第一步形成锆的羟基氧化物白色沉淀，为BaZrO₃的合成提供锆来源。第二步加入钡源后，在KOH矿化剂和乙二胺溶剂中搅拌，混合均匀，为制备BaZrO₃中空结构纳米晶提供前驱体。最后控制反应温度和时间，进而控制熟化过程，合成出BaZrO₃中空结构纳米晶材料。该制备方法易于控制，成本低廉，工艺简单，可以实现规模化生产。

本发明采用一步溶剂热的方法合成BaZrO₃中空结构纳米晶材料。合成的BaZrO₃中空结构纳米晶材料工艺简单，成本低廉，易于控制，比表面积大，产物产率高。

附图说明

图1是实施例1制备的BaZrO₃中空结构纳米晶的SEM照片；

图2是实施例1制备的BaZrO₃中空结构纳米晶的TEM照片；

图3是实施例1制备的BaZrO₃中空结构纳米晶的STEM照片。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明方法。

实施例1

1)将氧氯化锆5mmol溶于10mL去离子水中，搅拌溶解，向所得溶液中滴加浓度为30％(质量百分数)的氨水溶液，得到锆的羟基氧化物白色沉淀；

2)向锆的羟基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，搅拌中分别加入钡盐，保持Ba:Zr摩尔比为1:1，KOH的浓度维持在1M，搅拌一定时间后，将上述悬浊液装入反应釜；

3)将密闭的反应釜放入烘箱，通过在200℃温度下溶剂热反应12h后，随炉冷却后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、烘干和研磨后，得到白色粉体就是BaZrO₃中空结构纳米晶。

实施例2

1)将氧氯化锆5mmol溶于10mL去离子水中，搅拌溶解，向所得溶液中滴加浓度为30％(质量百分数)的氨水溶液，得到锆的羟基氧化物白色沉淀；

2)向锆的羟基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，搅拌中分别加入一定量的钡盐，保持Ba:Zr摩尔比为1:1，KOH的浓度维持在1M，搅拌一定时间后，将上述悬浊液装入反应釜；

3)将密闭的反应釜放入烘箱，通过在200℃温度下溶剂热反应24h后，随炉冷却后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、烘干和研磨后，得到白色粉体就是BaZrO₃中空结构纳米晶。

实施例3

1)将氧氯化锆5mmol溶于10mL去离子水中，搅拌溶解，向所得溶液中滴加适量浓度为30％(质量百分数)的氨水溶液，得到锆的羟基氧化物白色沉淀；

2)向锆的羟基氧化物白色沉淀中加入乙二胺30mL，搅拌中分别加入一定量的钡盐，保持Ba:Zr摩尔比为1:1，KOH的浓度维持在3M，搅拌一定时间后，将上述悬浊液装入反应釜；

3)将密闭的反应釜放入烘箱，通过在200℃温度下溶剂热反应12h后，随炉冷却后用去离子水和无水乙醇反复洗涤、烘干和研磨后，得到白色粉体就是BaZrO₃中空结构纳米晶。