[发明专利]一种光催化用纳米片状铁电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及片状纳米铁电材料的制备技术，尤其是涉及一种光催化用纳米片状铁电材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，工业领域尤其是纺织工业等所造成的环境污染逐步加剧，水体污染已经成为一个亟待解决的问题。而随着对治理手段的研究，光催化降解有机物因其高效、价廉、节能等优势逐步得到了重视。自1972年发现TiO₂能依靠光能分解水制氢以来，人们对于利用光催化技术治理水污染产生了很高的兴趣。经过数十年的发展，已有很多半导体光催化剂已经被制备出来。

然而目前半导体光催化剂仍然存在着三个缺陷：1、由于半导体催化剂禁带宽度较大，导致其光响应区处于紫外光区，而紫外光在太阳光中仅占4％；2、由于光生载流子(光生电子和光生空穴)在跃迁至催化剂表面的过程中易发生复合，导致光催化效率下降；3、由于光催化剂均是半导体，其导电性不好，导致载流子转移至催化剂表面较为困难。铁电材料在光催化领域的应用时间尚短，但其具有独特的优点而受到关注。铁电材料在低于居里温度时具有自发极化现在，而且自发极化强度可以由外电场而反向。铁电材料的自发极有利于分离光催化产生的带负电的电子和带正电的空穴，因此在理论上有望提高其光催化效率。

铁电材料中，钛酸锶(SrTiO₃)与钛酸钡(BaTiO₃)本身具有不错的光催化效率。钛酸锶(SrTiO₃)与钛酸钡(BaTiO₃)固溶形成钛酸锶钡(即BST)将增加晶格的畸变程度，从而让其电子更容易激发出来，以提高光催化性能。光催化应用要求铁电材料为纳米颗粒且分散良好以增加与光以及反应物接触表面积。目前合成BST纳米粉体的方法主要有溶胶凝胶法和水热法等。溶胶凝胶法合成的BST粉体存在团聚现象较为严重，而目前水热法合成出的钛酸锶钡粉体结晶度差。在光催化应用方面，催化剂结晶性对光催化剂的催化效率产生很大的影响。因而，十分有必要采用新的合成工艺制备具有结晶性好且分散性好的纳米BST粉体以促进其在光催化领域的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有钛酸锶钡粉体合成技术粉体颗粒过大、粉体团聚过于严重及粉体结晶性不好等问题，而在此基础上结合溶胶凝胶法和传统水热法的优点，采用钛酸丁酯为原料使用水热法合成片状纳米钛酸锶钡粉体。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光催化用纳米片状铁电材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃)分子式，按摩尔比为x∶(1-x)∶1配置钡盐、锶盐及钛盐配置得到预混物；

(2)将钡盐、锶盐按配比混合溶解于水中，然后加入NaOH，搅拌溶解，将钛盐溶解于无水乙醇中，将钛盐的乙醇溶液倒入上述水溶液中，在恒温磁力搅拌器上600r/min条件下搅拌30min，直到完全混合；

(3)将混合液转移入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在160-200℃保温24h，反应过程结束后在空气中冷却到室温，经过滤、洗涤、干燥即制备得得纳米片状钛酸锶钡粉体。

步骤(1)中x的范围为0＜x＜1。

所述的钡盐包括BaCl₂、Ba(NO₃)₂或Ba(CH₃COO)₂。

所述的锶盐包括SrCl₂、Sr(NO₃)₂或Sr(CH₃COO)₂。

所述的钛盐为合成或市售的钛酸丁酯((C₄H₉O)₄Ti)。

步骤(3)中的反应温度优选160-180℃。