一种钛酸钡纳米管阵列的制备方法与流程

本发明涉及一种钛酸钡纳米管阵列的制备方法，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，提出一种钛酸钡纳米管阵列的制备方法，使钛酸钡在光催化领域具有广泛的应用。

实现本发明目的所采用的技术解决方案为：一种钛酸钡纳米管阵列的制备方法，其制备步骤为：

a将阳极氧化铝模板用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，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一定浓度、等体积的硝酸钡溶液，两侧溶液的pH值都控制在4-6；在空气中静置4-10小时，Ti(OC₄H₉)₄和硝酸钡分别从两侧向模板孔道内相互扩散，发生化学反应生成钛酸钡；

b取出模板，将表面擦拭干净并在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时。用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的阳极氧化铝模板(AAO模板)后得钛酸钡纳米管阵列；

其中，步骤a所述的阳极氧化铝模板的孔径为50-200nm；所述的硝酸钡溶液的浓度为0.01M，Ti(OC₄H₉)₄溶液的浓度为0.012M-0.016M；所述的硝酸银溶液的浓度与Ti(OC₄H₉)₄溶液的浓度比为1:10。

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，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，不絮凝、不水解。

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。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1：

将孔径为100nm的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，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，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0.01M的硝酸钡溶液；在双室反应器的另一侧加入0.012M的Ti(OC₄H₉)₄和1.2×10^-3M的硝酸银溶液；两侧溶液的pH值都控制在4-6；在空气中静置6小时；取出模板，将表面擦拭干净并在红外灯下烘干，在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时；用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的AAO模板后得钛酸钡纳米管阵列。

实施例2：

将孔径为100nm的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，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，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0.01M的硝酸钡溶液；在双室反应器的另一侧加入0.014M的Ti(OC₄H₉)₄和1.4×10^-3M的硝酸银溶液；两侧溶液的pH值都控制在4-6；在空气中静置6小时；取出模板，将表面擦拭干净并在红外灯下烘干，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AAO模板后得钛酸钡纳米管阵列。

实施例3：

将孔径为100nm的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，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，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0.01M的硝酸钡溶液；在双室反应器的另一侧加入0.016M的Ti(OC₄H₉)₄和1.6×10^-3M的硝酸银溶液；两侧溶液的pH值都控制在4-6；在空气中静置6小时；取出模板，将表面擦拭干净并在红外灯下烘干，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AAO模板后得钛酸盐纳米管阵列。

对比实施例1：

将孔径为100nm的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，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，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0.01M的硝酸钡溶液；在双室反应器的另一侧加入0.016M的Ti(OC₄H₉)₄溶液；两侧溶液的pH值都控制在4-6；在空气中静置6小时；静置6小时后发现Ti(OC₄H₉)₄出现絮凝状沉淀，取出模板，将表面擦拭干净并在红外灯下烘干，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AAO模板后得钛酸盐纳米管阵列。将得到的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。