[发明专利]一种一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

钛酸铅是一种典型的钙钛矿型铁电氧化物，由于结构简单，压电性和铁电性强，自从50年代发现以来，钛酸铅一直是铁电和压电领域研究的原型材料，对于人们认识钙钛矿氧化物压电和铁电性的电子起源有着十分重要的意义。此外，它作为热释电材料也具有很大的应用潜力，是很有前途的铁电、压电和热释电材料。浙江大学首次使用高分子辅助水热法制得一维柱状结构的钛酸铅单晶纳米纤维（Zhaohui Ren, Gang Xu, Yong Liu, Xiao Wei, Yihan Zhu, Xiaobin Zhang, Guanglie Lv, Youwen Wang, Yuewu Zeng, Piyi Du, Wenjian Weng, Ge Shen, J. Z. Jiang and Gaorong Han，PbTiO₃ Nanofibers with Edge-Shared TiO₆ Octahedra，2010，132(16), 5572-5573.）。这种结构的钛酸铅晶体，其钛氧八面体是通过共边连接形成一维柱状结构。这种一维柱状结构钛酸铅经过一定条件退火处理后，能够相变成四方相（P4mm）钛酸铅，同时保持一维纳米纤维的形貌。四方相钛酸铅单晶纳米线的禁带宽度约为2.8eV，在光照条件下可以降解有机污染物，是一种具有潜在应用价值的可见光催化剂。目前，针对这种材料与其他半导体硫化物的复合型可见光催化剂材料的研究，仍处于探索阶段，国内外均未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、过程易于控制的一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的制备方法。

本发明的一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的制备方法，采用的是湿化学反应法，包括以下步骤：

1）将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节Ti⁴⁺浓度为0.25-1mol/L，滴入质量浓度为30%的氨水至钛离子完全沉淀，过滤，获得钛的羟基氧化物；

2）将浓度为0.5-5mol/L的氢氧化钾水溶液、浓度为2g/L的聚乙烯醇水溶液和浓度为0.25-1mol/L的硝酸铅水溶液按体积比1:1:1混合，并按Pb和Ti摩尔比1:1加入步骤1）得到的钛的羟基氧化物，一起置于反应釜内胆中，用去离子水调节其体积至反应釜内胆容积的80%，搅拌至少30min，置于反应釜中，密闭，在180-200℃下反应8-12小时，待自然冷却至室温，取出反应产物，过滤、清洗并烘干，得到一维柱状钛酸铅单晶纳米纤维；

3）将步骤2）的一维柱状钛酸铅单晶纳米纤维在500-650℃保温至少0.5h，冷却至室温后取出，得到一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维；

4）将浓度为0.001-0.005mol/L的氯化镉水溶液及浓度为0.001mol/L-0.005mol/L的硫脲水溶液按体积比1:1混合，再按0.01-0.03g/ml加入步骤3）得到的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维，一起放入反应釜内胆中，用去离子水调节其体积至反应釜内胆容积的60%，搅拌至少30min，置于反应釜中，密闭，在160-180℃下反应8-12小时，待自然冷却至室温，取出反应产物，过滤、清洗并烘干，得到一维钛酸铅/硫化镉复合纳米材料。

本发明中所采用的硝酸铅、钛酸四丁酯、氢氧化钾、聚乙烯醇、氯化镉和硫脲的纯度均不低于化学纯。

所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆、不锈钢套件密闭的反应釜。

本发明的有益效果在于，本发明的方法工艺简单，过程易于控制且无污染、成本低；此外，本发明方法制得的一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构，纯度高，分散性好，可为钙钛矿氧化物与半导体硫化物的复合材料的应用提供发展基础。

附图说明

图1是一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的扫描电镜图片。

图2是一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的XRD图谱。

图3是一维钛酸铅/硫化镉复合纳米结构的透射电镜图片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步详细说明。

实施例1

1）将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti⁴⁺浓度为0.25mol/L，滴入质量浓度30%氨水作为沉淀剂沉淀钛离子，直至钛离子完全沉淀，过滤，获得钛的羟基氧化物；