一种富羟基的钛酸锶基材料及其制备方法和应用

本发明涉及无机非金属纳米材料改性，具体涉及一种富羟基的钛酸锶基材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、常见钛酸锶材料的分子结构通式为abo3，其中，a位通常为碱金属、碱土金属等具有较大离子半径的金属元素sr以及类sr元素，而b位通常为离子半径较小的过渡金属ti离子。通过掺杂、缺陷调控和极化等手段，能够很灵活地在一定范围内，调整钛酸锶基材料的晶体结构和处于氧化态的过渡金属的存在，加之钛酸锶材料具有化学性质稳定、低成本、无毒性、紫外光吸收性能强等特点，被广泛应用于催化领域和能源领域。

2、但现有钛酸锶材料的制备过程为保障不同金属占据合适晶格位置，得到结晶完好的晶体结构，从而充分利用其半导体和催化特性。因此制备过程均需要涉及高温环境，造成了钛酸锶表面羟基浓度不足，甚至是表面羟基完全丧失的情况，极大地限制了其吸附性能和催化活性的提高。因此，基于现有钛酸锶材料及其制备方法所带来的其高性能结晶状态和表面状态不可兼得的难题，本发明拟采用温和的表面处理工艺，对钛酸锶及钛酸锶基材料进行改性优化，在不影响其结晶度的同时，提高其表面羟基浓度，进而发展高吸附和催化活性的钛酸锶基功能材料，对于推进此类材料在催化领域的应用有着重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种富羟基的钛酸锶基材料及其制备方法和应用，采用离子熔体对常规钛酸盐表面进行改性而获得表面富含羟基官能团的钛酸锶基材料，解决了现有钛酸锶材料在保留高结晶度的同时无法获得高浓度表面羟基的难题，相比于商业钛酸锶材料，其表面活性和催化活性显著提高。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种富羟基的钛酸锶基材料，其表面富含羟基基团，结晶度在80%以上。

4、所述富羟基的钛酸锶基材料的制备方法，是以钛酸锶基材料为原料，采用碱性粉末的离子熔体对其进行热处理后获得所述富羟基的钛酸锶基材料。该方法具体包括如下步骤：

5、（1）将碱性粉末与原料钛酸锶基粉末混合研磨，得混合样品；

6、（2）将步骤（1）获得的混合样品在真空或保护气氛下保温处理；该过程中，碱性粉末熔融为离子熔体，并对钛酸锶基材料进行改性；

7、（3）将步骤（2）保温处理后所得产物洗涤并烘干后，即得到所表面富羟基基团的钛酸锶基材料。

8、进一步地，步骤（1）中，所述钛酸锶基粉末与碱性粉末的重量比例为1：（0.1-1）。

9、进一步地，步骤（1）中，所述碱性粉末为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁和氢氧化钙中的一种或几种；所述原料钛酸锶基粉末的分子结构通式为abo3，其中，a为碱金属和/或碱土金属等具有较大离子半径的金属元素（如sr或类sr元素），而b为离子半径较小的过渡金属ti离子。

10、进一步地，步骤（2）中，保温温度为300-1000℃（优选400-600℃），保温时间6-12h；所述保护气氛为氮气和/或氩气。

11、进一步地，步骤（3）中，烘干温度为60-200℃。

12、所述富羟基的钛酸锶基材料应用于水中污染物的降解；所述富羟基的钛酸锶基材料相比于热处理前的钛酸锶基材料对水中污染物具有更好的吸附性能和催化性能。

13、本发明的技术原理如下：

14、本发明采用低熔点的碱性离子盐，在真空或气氛保护下利用离子熔体的高扩散性和腐蚀性，在界面处改性钛酸锶基材料（纯钛酸锶或离子掺杂的钛酸锶），通过控制工艺条件，保障其结晶度的前提下在钛酸锶基材料表面引入活性羟基基团，由于羟基基团能增强材料的亲水性，同时可以作为催化过程中产生的电荷的捕获位，因而可以进一步产生羟基自由基，参与后续的氧化还原催化反应。

15、本发明的优点和有益效果如下：

16、1. 本发明通过改进的制备工艺，得到表面高度羟基化的纳米钛酸锶基材料，具有更强的吸附性能和催化性能。

17、2. 本发明采用的离子熔体改性方法，适应性强，可以适用于不同金属元素所组成的钙钛矿材料，来进行化学表面改性工艺，从而得到不同的表面羟基化纳米钙钛矿材料。

18、3.本发明采用化学表面改性方法对纳米钙钛矿材料进行表面羟基化改性，操作简单，对设备要求低。

技术特征：

1.一种富羟基的钛酸锶基材料，其特征在于：该钛酸锶基材料表面富含羟基基团，结晶度在80%以上。

2.根据权利要求1所述的富羟基的钛酸锶基材料的制备方法，其特征在于：该方法是以钛酸锶基材料为原料，采用碱性粉末的离子熔体对其进行热处理后获得所述富羟基的钛酸锶基材料。

3.根据权利要求2所述的富羟基的钛酸锶基材料的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的富羟基的钛酸锶基材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述钛酸锶基粉末与碱性粉末的重量比例为1：（0.1-1）。

5.根据权利要求3所述的富羟基的钛酸锶材料的制备方法，其特征在于：所述碱性粉末为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁和氢氧化钙中的一种或几种；所述原料钛酸锶基粉末的分子结构通式为abo3，其中，a为碱金属和/或碱土金属等具有较大离子半径的金属元素（如sr或类sr元素），而b为离子半径较小的过渡金属ti离子。

6. 根据权利要求3所述的富羟基的钛酸锶材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，保温温度为300-1000℃，保温时间6-12 h；所述保护气氛为氮气和/或氩气。

7.根据权利要求3所述的富羟基的钛酸锶材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，烘干温度为60-200℃。

8.根据权利要求1所述的富羟基的钛酸锶基材料的应用，其特征在于：该材料应用于水中污染物的降解；所述富羟基的钛酸锶基材料相比于热处理前的钛酸锶基材料对水中污染物具有更好的吸附性能和催化性能。

技术总结
本发明公开了一种富羟基的钛酸锶基材料及其制备方法和应用，属于无机非金属材料制备技术和功能陶瓷领域。该材料的制备是以钛酸锶基材料为原料，采用碱性粉末的离子熔体对其进行热处理后获得。改性后的钛酸锶基材料表面富含羟基基团，结晶度在80%以上。本发明解决了现有钛酸锶材料在保留高结晶度的同时无法获得高浓度表面羟基的难题，相比于商业钛酸锶材料，其表面活性和催化活性显著提高。

技术研发人员：杨炜沂,王浩林
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11