本发明涉及一种稀土掺杂BaTiO3纳米管阵列光催化剂及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域和光催化技术领域。
背景技术：
钛酸钡是一种典型的钙钛矿型铁电体，多年来BaTiO3的应用研究主要集中于换能器、敏感元件和电容器等领域。对钛酸钡纳米材料的制备主要为纳米晶，另外还有钛酸钡纳米棒、薄膜等。近年来，人们发现BaTiO3作为钙钛矿型氧化物也是一类光催化剂，在紫外光或可见光照射下同样能产生光生电子和光生空穴，这使其在光催化领域具有广泛的应用前景，钛酸钡在光催化领域的应用对其形貌提出了新的要求。纳米管阵列结构可以使电荷载流子扩散路径被拉长，克服了常规金属氧化物光生电子和空穴易发生复合的缺点。阳极氧化铝模板法是制备纳米管阵列的常用方法，但是这种方法受到模板的限域作用，离子在模板通道内扩散速率慢，路径长，反应时间长，反应时间过长容易导致模板变形、断裂，反应物发生水解。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种稀土掺杂BaTiO3纳米管阵列光催化剂及其制备方法，对促进钛酸钡在光催化领域的应用具有重要意义。
实现本发明目的所采用的技术解决方案为：一种稀土掺杂BaTiO3纳米管阵列光催化剂的制备方法，其步骤为：
a、将50-100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；并将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，模板将反应器隔离成两部分形成双室反应器；
b、在双室反应器的一侧按照一定的摩尔比加入Ti(OC4H9)4和硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入等浓度、等体积的硝酸钡溶液，然后在按照与硝酸钡一定的摩尔比加入稀土硝酸盐溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；
c、在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，然后在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时，进行退火处理；
d、用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得稀土掺杂钛酸钡纳米管阵列。
其中，步骤b所述的Ti(OC4H9)4和硝酸钡溶液的浓度为0.01-0.1M，硝酸银溶液与Ti(OC4H9)4溶液的摩尔比为1:10；稀土硝酸盐与硝酸钡的摩尔比为(0.1-1.0):10。
本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明以双通的有序多孔氧化铝为模板，将双通多孔氧化铝模板竖直插入到反应器中央并固定，使模板将反应器隔离成相等的两部分形成双向反应器，保证两侧的反应物只通过双通多孔氧化铝模板相互扩散；在双室反应器两侧分别通入Ti(OC4H9)4和硝酸钡，在较短的时间内实现了离子在模板孔道内的相互扩散，防止了氧化铝模板坍塌、断裂。以硝酸银作为稳定剂，加入Ti(OC4H9)4溶液，延迟凝胶化时间，得到长期稳定的溶胶，确保反应结束前Ti(OC4H9)4以溶胶的形式存在。
另外，本发明考虑到Ti(OC4H9)4和硝酸钡在水介质中的粘度和扩散速率的差异容易使生成物偏离化学计量比，首次采用浓度补偿法，在加入Ti(OC4H9)4的同时加入硝酸银溶液，控制最终产物实现理想的化学计量比，实现了多种阳离子在相同时间内在孔道中的均匀扩散，从而保证了产物的微观结构、电学性能和光催化特性。
此外，钛酸钡纳米管阵列结构可以拉长电荷载流子的扩散路径，减少了光生电子和空穴复合；同时本发明利用稀土金属与钛酸钡复合，构建稀土掺杂BaTiO3纳米管阵列异质光催化材料，提高了光生电子-空穴的分离效率。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1：
将100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，将反应器隔离成两部分形成双室反应器；在双室反应器的一侧加入0.1M的Ti(OC4H9)4和0.01M的硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入0.1M的硝酸钡溶液，再加入0.005M硝酸镧溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时，进行退火处理；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得镧掺杂钛酸钡纳米管阵列。
实施例2：
将100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，将反应器隔离成两部分形成双室反应器；在双室反应器的一侧加入0.1M的Ti(OC4H9)4和0.01M的硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入0.1M的硝酸钡溶液，再加入0.005M硝酸铈溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时进行退火处理；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得铈掺杂钛酸钡纳米管阵列。
实施例3：
将100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，将反应器隔离成两部分形成双向反应器；在双室反应器的一侧加入0.1M的Ti(OC4H9)4和0.01M的硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入0.1M的硝酸钡溶液，加入0.005M硝酸镨溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分的升温速率升至750℃保温1小时进行退火处理；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得镨掺杂钛酸钡纳米管阵列。
实施例4：
将100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，将反应器隔离成两部分形成双向反应器；在双室反应器的一侧加入0.5M的Ti(OC4H9)4和0.05M的硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入0.5M的硝酸钡溶液，加入0.005M硝酸镨溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分的升温速率升至750℃保温1小时进行退火处理；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得镨掺杂钛酸钡纳米管阵列。
对比实施例1：
将100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，将反应器隔离成两部分形成双向反应器；在双室反应器的一侧加入0.1M的Ti(OC4H9)4溶液；在双室反应器的另一侧加入0.1M的硝酸钡溶液，加入0.005M硝酸镨溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；在空气中静置4-10小时；静置8小时后发现Ti(OC4H9)4出现絮凝状沉淀，取出模板后在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时进行退火处理；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得镨掺杂钛酸钡纳米管阵列。将得到的稀土掺杂钛酸钡纳米管阵列采用放电等离子体原子光谱(ICP)测定原子比例，发现Ba、Ti摩尔比大于1，说明部分Ti4+发生了水解，没有完全与钡离子发生反应，使钛酸钡偏离了化学计量比，钛酸钡偏离化学计量比将会对产物的微观结构、电学性能和光催化特性产生重要的影响。