十八面体纳米颗粒的制备方法及产物的制作方法
【技术领域】
[000?]本发明涉及无机材料合成领域，具体涉及一种Li掺杂SrTi03十八面体纳米颗粒的制备方法及产物。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的不断改善，对环境问题越来越重视，环保已逐步成为全社会共同关注的问题。而有机污染物因其具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，成为目前国际上备受关注的全球性环境问题。近年来，以ABO3钙钛矿结构为催化剂的光催化技术已成为一种理想的环境污染治理技术。其中，SrT13是典型的ABO3钙钛矿结构，具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好等优点，广泛应用于电子、机械和陶瓷工业。同时，作为一种功能材料，钛酸锶具有较高的光催化活性、独特的电磁性质和氧化还原催化活性，在光催化分解水制氢、光催化降解有机污染物和光化学电池等光催化领域也得到了广泛的应用。
[0003]目前，SrT13的制备方法很多，如溶胶-凝胶法、共沉淀法、氧化物烧结法、微乳液法、醋酸盐法、水热法等。研究表明，采用水热法合成，可在较低温度下制备出粒径细小、结晶度高、团聚少、烧结活性高、结构规整、分散性好的纳米分体。
[0004]中国发明专利(公开号CN102320651A)公开一种钛酸锶纳米粉体的制备方法，称量钛酸四正丁酯和硝酸锶并加入至反应容器中，再加入氢氧化钠溶液用玻璃棒搅拌;装入微波反应仪中升温速率加热；待降至室温后将溶液倒出加入盐酸，再用去离子水反复洗涤过滤沉淀，将所得到的沉淀置于烘箱中于70 °C烘干，得到钛酸锶纳米粉体。该制备方法采用微波方法制备纯相的钛酸锁纳米粉体，制备得到的钛酸锁纳米粉体粒径大约为10nm，无特定的形貌，但是形貌对于钛酸锶的性能具有很大的影响，因此该制备方法所得的钛酸锶纳米粉体性能较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的制备方法及产物，制备过程简单，形貌易于调控。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案:
[0007]一种Li掺杂SrTi03十八面体纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤:
[0008]I)以硫酸钛和氢氧化钾为原料，制备钛的氢氧化物沉淀；
[0009]2)分别配制硝酸锶溶液和氢氧化钾溶液；所述的硝酸锶溶液的摩尔浓度0.1?
0.36mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为0.05?lmol/L;
[0010]3)将钛的氢氧化物沉淀、硝酸锶溶液、氢氧化钾溶液和岩盐型八面体LiT12纳米颗粒搅拌混合得到前驱体，进行水热反应，过滤，清洗，干燥得到Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒;所述的钛的氢氧化物沉淀、硝酸锶溶液、氢氧化钾溶液和岩盐型八面体LiT12纳米颗粒的混合比例为:0.8?1.8g: 15?20ml: 10?15ml:0.5?2.5g。
[0011]岩盐型八面体LiTiO2纳米颗粒的制备方法在中国发明专利(公开号CN103708543A)中公开。
[0012]本发明以硫酸钛和硝酸锶为反应物料，利用沉淀剂氢氧化钾促进钛的氢氧化物生成，同时利用矿化剂氢氧化钾调控晶体的生长，最终实现了Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的制备。氢氧化钾是强碱，在较高的浓度下释放出大量0H—离子，形核点数量增加，有利于形核并且得到尺寸较小的纳米颗粒。LiT12中Li+离子可以选择性吸附在生长晶体的表面上，并促进表面上的脱水反应，破坏了界面上液体层的组成与结构，从而增大了吸附层对晶体生长的阻力，使得到的纳米晶体产物呈现十八面体结构。
[0013]作为优选，所述的步骤3)中水热反应的反应温度为150?250°C，反应时间为6?24h0
[0014]进一步优选，所述的反应温度为190?200°C，反应时间为6?8h。在该反应温度和反应时间下，更加利于Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的形貌调控，使得产物的形貌更加规则，尺寸更加均一。
[0015]作为优选，所述的步骤I)中制备钛的氢氧化物沉淀的方法为:分别配制摩尔浓度为0.06?0.28mol/L的硫酸钛溶液和4?9mol/L的氢氧化钾溶液;将氢氧化钾溶液滴加到硫酸钛溶液中，过滤得到钛的氢氧化物沉淀;通过控制钛的氢氧化物沉淀的制备过程，使得钛的氢氧化物沉淀作为原料时更加有利于Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的制备。
[0016]进一步优选，所述的滴加速度2?4滴/秒。通过控制将氢氧化钾溶液滴加到硫酸钛溶液中的滴加速度，进一步调控Li掺杂SrT13十八面体的形貌。
[0017]作为优选，所述的步骤3)中的钛的氢氧化物沉淀、硝酸锁溶液和氢氧化钾溶液和岩盐型八面体LiT12纳米颗粒的混合比例为:0.8?0.9g: 15?16ml: 10?I Iml: 0.5?0.6g。该混合比例下所得的Li掺杂SrT13十八面体的形貌更加规则，尺寸更加均一。
[0018]作为优选，所述的步骤3)中清洗方法为:将过滤得到的产物依次用稀醋酸、去离子水清洗。用稀醋酸对水热合成产物的清洗是为了将前驱体中混入二氧化碳所形成的SrCO3去除，用去离子水清洗是为了将反应物料引入的硝酸根离子和矿化剂氢氧化钾与合成的Li掺杂SrTi03纳米颗粒充分分离，得到纯相的Li掺杂SrTi03纳米颗粒。
[0019]作为优选，分别配制摩尔浓度为0.068?0.072mol/L的硫酸钛溶液和4?4.5mol/L的氢氧化钾溶液;将氢氧化钾溶液以滴加速度2?4滴/秒滴加到硫酸钛溶液中，过滤得到钛的氢氧化物沉淀；继续分别配制硝酸锶溶液和氢氧化钾溶液，硝酸锶的摩尔浓度为0.1?
0.12mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为0.08?0.Ilmol/L。将清洗过的0.8?0.9g钛的氢氧化物沉淀、15?16ml硝酸锶水溶液和10?I Iml氢氧化钾溶液和0.5?0.6g岩盐型八面体LiT12纳米颗粒分别加入到反应釜中，在190?200°C下保温6?8小时进行热处理。在上述条件下，所得Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒，形貌好，质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
[°02°]本发明还提供一种上述的制备方法合成的Li掺杂SrTi03十八面体纳米颗粒。Li掺杂SrTi03十八面体纳米颗粒的尺寸介于50?250nm，产品形貌好，且纯度高，分散性好，同样具有上述制备方法带来的有益效果。
[0021]同现有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0022](I)本发明工艺过程简单，易于控制，无环境污染，成本低，易于规模化生产。
[0023](2)本发明制得的Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒尺寸介于50?250nm，产物质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
【附图说明】
[0024]图1为岩盐型八面体LiT12纳米颗粒的扫描电子显微镜图；
[0025]图2为实施例1合成的Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的X射线衍射图；
[0026]图3为实施例1合成的Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的X射线衍射局部放大图；
[0027]图4为实施例1合成的Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的扫描电子显微镜图；
[0028]图5为Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的十八面体原子结构图；
[0029]图6为对比例I合成的SrT13纳米颗粒的扫描电子显微镜图；
[0030]图7为实施例1合成的Li掺杂SrT13十八面体纳米颗粒的紫外光降解亚甲基蓝图；
[0031]图8为空白组紫外光降解亚甲基蓝图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合实施例进一步说明本发明。
[0033]岩盐型八面体LiTi02纳米颗粒的制备:
[0034]I)将0.8mmolK2Ti6013纳米纤维溶解于去离子水中，调节Ti4+的浓度为0.16mol/L；
[0035 ] 2)在搅拌状态下，向步骤I)制得的悬浊液中加入KOH，调节KOH浓度为8mo I /L，得到悬浊液；
[0036]3)搅拌状态下，向步骤2)所制备的悬浊液中加入硝酸锂，待搅拌均匀后继续加入硝酸铅，调节Li+的浓度为5.34mol/L，Pb2+的浓度为0.16mol/L，继续搅拌6h，得到用于水热反应的悬池液；
[0037]4)将步骤3)所得到的悬浊液转移到水热反应釜内胆中，用去离子水调节使其体积占反应釜容积的4/5，搅拌2h，其中Ti4+的摩尔浓度为0.12mOl/L，Pb2+摩尔比为0.12mOl/L，Li+的摩尔浓度为4mol/L，K0H摩尔浓度为6mol/L，摩尔浓度的体积基数为前躯体浆料的总体积；
[0038]5)将装有前驱体浆料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，置于240°C保温24小时水热处理，然后，在空气中冷却，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、无水乙醇清洗，在80°C烘干，得到岩盐型八面体LiT12纳米颗粒，其扫描电镜图如图1