本发明涉及无机材料合成领域，具体涉及一种钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的制备方法及产物。
背景技术：
目前，大量的水环境污染，严重制约着我国的可持续发展，并且影响国民的身体健康，是亟待解决的关乎国计民生的社会问题。据统计，70％的水污染是由有机物污染引起的，有机污染物的降解清除是治理水污染的关键。半导体光催化降解是清除有机物污染的最有效方法之一，具有成本低、效率高和无二次污染的优点。因此，半导体光催化材料制备及性能和应用技术的研究开发受到各国政府和科学家的极大重视。其中，SrTiO3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。
中国发明专利(公开号CN104098125A)公开一种钛酸锶纳米立方块的制备方法，该方法以二氧化钛作为钛源，可溶性锶盐作为锶源，用氢氧化钠做矿化剂。首先将二氧化钛超声分散于水溶液当中，再向其中添加含锶的可溶性盐，不断的搅拌使之溶解，然后再加碱，调节悬浊液pH值至8～14，最后将悬浮液放入反应釜中，进行水热反应得到钛酸锶纳米立方块。但是二氧化钛极难溶于水，需要超声和长时间的搅拌。其次，选用氢氧化钠做矿化剂，氢氧化钠溶于水中会完全解离成钠离子与氢氧根离子，无法有效控制反应体系中的OH-离子，导致形貌非对称性生长。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的制备方法及产物，制备过程简单，自组装型结构的形貌易于调控，尺寸均一。
本发明解决上述技术问题的技术方案：
一种钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)配制硫酸钛溶液；
2)将氨水滴加到硫酸钛溶液中，过滤得到钛的氢氧化物沉淀；
3)分别配制硝酸锶溶液和氢氧化锂溶液；
4)将钛的氢氧化物沉淀、硝酸锶溶液和氢氧化锂溶液混合进行水热反应，过滤，然后清洗，得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒；
所述的步骤3)中的硝酸锶溶液的摩尔浓度0.1～0.5mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为0.1～2mol/L；
所述的步骤4)中的钛的氢氧化物沉淀、硝酸锶溶液和氢氧化锂溶液的混合比例为0.5～3g：15～20ml：10～15ml。
本发明以硫酸钛和硝酸锶为反应物料，利用沉淀剂氨水促进钛的氢氧化物生成，同时利用矿化剂氢氧化锂调控晶体的生长，最终实现了钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的制备。氨水是弱碱，在加入到硫酸钛溶液中，会不断电离，生成的氢氧化物沉淀更加均匀；氢氧化锂在去离子水中溶解度不高，随着反应的进行，OH-逐渐被消耗，促进了氢氧化锂的溶解，所以OH-离子会维持在比较稳定的浓度，在这种温和状态下，晶体容易实现晶胞本征对称性生长，从而得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒。
作为优选，所述的步骤2)中将氨水滴加到硫酸钛溶液中，得到钛的氢氧化物沉淀，静置20～30min，过滤并用去离子水清洗钛的氢氧化物沉淀4～5次。
作为优选，所述的步骤1)中的硫酸钛溶液的摩尔浓度为0.1～0.45mol/L。
作为优选，所述的步骤4)中的水热反应的反应温度为180～250℃，反应时间为8～24h。
进一步优选，所述的反应温度为180～200℃，反应时间为8～12h。
作为优选，所述的步骤4)中的钛的氢氧化物沉淀、硝酸锶溶液和氢氧化锂溶液的混合比例为0.7～0.9g：15～16ml：10～11ml。
作为优选，所述的步骤4)中的清洗方法为：将过滤得到的产物依次用稀醋酸、去离子水反复清洗五次。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CO32-、HCO3-去除，用去离子水清洗是为了将反应物料引入的锂离子、硝酸根离子和沉淀时引入的氨根离子与合成的SrTiO3纳米粉体充分分离，得到纯相的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒。
作为一种优选，所述的步骤2)中的滴加速度为1～2滴/秒；通过控制将氨水滴加到硫酸钛溶液中的滴加速度，进一步控制钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的形貌。
作为最优选，所述的硫酸钛溶液的摩尔浓度0.1～0.15mol/L，；在搅拌状态下将氨水以滴加速度为1～2滴/秒滴入到硫酸钛溶液中，获得钛的氢氧化物沉淀。将硝酸锶和氢氧化锂分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.1～0.15mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为0.1～0.15mol/L。将清洗过的0.7～0.9g钛的氢氧化物沉淀、15～16ml硝酸锶水溶液和10～11ml氢氧化锂溶液分别加入到反应釜中，在180～190℃下保温8～10小时进行热处理。在上述最优的条件下，所得钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的形貌最好，质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
本发明还提供一种上述制备方法合成的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒，所述的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒的尺寸为600～800nm。所述的尺寸可以为纳米颗粒外切圆的直径或者边长。制备得到的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒同样具有上述有益效果。
本发明的有益效果体现在：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。制得的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒纳米粉体尺寸介于600～800nm。产物质量稳定，纯度高，粉体颗粒分散性好。
附图说明
图1为实施例1合成的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体的X射线衍射图；
图2为实施例1合成的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体的扫描电子显微镜图；
图3为实施例1合成的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体的透射电子显微镜图；
图4为对比例1合成的钙钛矿SrTiO3表面多孔的椭球纳米粉体的扫描电子显微镜图；
图5为对比例2合成的钙钛矿SrTiO3表面多孔的立方纳米粉体的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下结合实施例和说明书附图对本发明进一步说明。
实施例1
1)将4mmol硫酸钛溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.1mol/L。
2)在搅拌状态下将氨水缓缓滴入到20ml硫酸钛溶液中，滴加速度为1～2滴/秒，获得白色钛的氢氧化物沉淀，静置25min，过滤并用去离子水清洗沉淀4次。
3)将硝酸锶和氢氧化锂分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.1mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。
4)将清洗过的0.8g钛的氢氧化物沉淀、15ml硝酸锶水溶液和10ml氢氧化锂溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40％，搅拌2h后，在180℃下保温8小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60℃温度下烘干，得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体。
所合成的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体的X射线衍射图，如图1所示，产物为钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体，没有其他杂质峰，说明产物为纯相的SrTiO3。扫描电子显微镜SEM照片如图2所示，透射电子显微镜图如图3所示，制得的钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体尺寸介于600～800nm，形貌为颗粒状。
实施例2
1)将6mmol硫酸钛溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.3mol/L。
2)在搅拌状态下将氨水缓缓滴入到20ml硫酸钛溶液中，滴加速度为1～2滴/秒，获得白色钛的氢氧化物沉淀，静置25min，过滤并用去离子水清洗沉淀5次。
3)将硝酸锶和氢氧化锂分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.3mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为1mol/L。
4)将清洗过的0.8g钛的氢氧化物沉淀、15ml硝酸锶水溶液和10ml氢氧化锂溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40％，搅拌2h后，在220℃下保温16小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60℃温度下烘干，得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体。
实施例3
1)将8mmol硫酸钛溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.45mol/L。
2)在搅拌状态下将氨水缓缓滴入到20ml硫酸钛溶液中，滴加速度为1～2滴/秒，获得白色钛的氢氧化物沉淀，静置25min，过滤并用去离子水清洗沉淀5次。
3)将硝酸锶和氢氧化锂分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.5mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为2mol/L。
4)将清洗过的0.8g钛的氢氧化物沉淀、15ml硝酸锶水溶液和10ml氢氧化锂溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40％，搅拌2h后，在250℃下保温24小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60℃温度下烘干，得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米粉体。
对比例1
1)将6mmol硫酸钛溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.3mol/L。
2)在搅拌状态下将氨水缓缓滴入到20ml硫酸钛溶液中，滴加速度为1～2滴/秒，获得白色钛的氢氧化物沉淀，静置25min，过滤并用去离子水清洗沉淀4次。
3)将硝酸锶和氢氧化钾分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.3mol/L，氢氧化锂溶液的摩尔浓度为1mol/L。
4)将清洗过的0.8g钛的氢氧化物沉淀、15ml硝酸锶水溶液和10ml氢氧化钾溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40％，搅拌2h后，在220℃下保温16小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60℃温度下烘干，得到钙钛矿SrTiO3表面多孔的椭球纳米粉体。
扫描电子显微镜SEM照片如图4所示，得到的钛酸锶为表面多孔的椭球形颗粒。K比Li金属性更强，更活泼，所以K+离子比Li+离子有更强的离子性，在产物形成阶段，会随着温度升高进入到晶格中，当温度开始降低时，K+离子相对Li+离子更空易从晶格中逸出，形成表面多孔的结构。
对比例2
1)将6mmol硫酸钛和0.2mol氢氧化钾分别溶解于去离子水中，调节硫酸钛溶液的摩尔浓度0.3mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为8mol/L。
2)在搅拌状态下将氢氧化钾溶液缓缓滴入到20ml硫酸钛溶液中，滴加速度为1～2滴/秒，获得白色钛的氢氧化物沉淀，静置25min，过滤并用去离子水清洗沉淀4次。
3)将硝酸锶、氢氧化钾和硝酸锂分别溶解于去离子水中，硝酸锶的摩尔浓度为0.3mol/L，氢氧化钾溶液的摩尔浓度为1mol/L，硝酸锂溶液的摩尔浓度为0.8mol/L。
4)将清洗过的0.8g钛的氢氧化物沉淀、15ml硝酸锶水溶液、10ml氢氧化钾溶液和10ml硝酸锂溶液分别加入到50ml反应釜中，用去离子水调节总体积为反应釜内胆的40％，搅拌2h后，在220℃下保温16小时进行热处理。然后，降至室温，取出反应产物，过滤，依次用稀醋酸、去离子水清洗，60℃温度下烘干，得到的SrTiO3表面有较深的孔洞，如图5所示，无法得到钙钛矿Li掺杂SrTiO3纳米颗粒。