[发明专利]以二氧化钛为钛源合成Li掺杂PbTiO3纳米颗粒的方法及产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料的技术领域，尤其涉及一种以二氧化钛为钛源合成Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒的方法及其产品和应用。

背景技术

钙钛矿型复合氧化物是具有钙钛矿CaTiO₃结构的一大类化合物。由于其具有优异的电气性能、压电性能、超导性能，钙钛矿型复合氧化物在气敏材料、铁电材料、汽车尾气净化、有机合成催化等方面具有广阔的研究和应用前景。

PbTiO₃是一种典型的钙钛矿型复合氧化物之一，它具有铁电、压电、高的居里温度、低介电常数、以及显著的各向异性，是制备焦热电、红外气敏、以及压电陶瓷的优质材料，在微电子、光电领域、高频滤波器,红外热释电探测器和压电超声传感器等领域有着广泛的应用。

目前，PbTiO₃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、水热法得到。研究表明，采用水热合成法，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。

如公开号为CN104018226A的中国专利文献公开了一种纳米颗粒自组装的四方钙钛矿相PbTiO₃微米片的制备方法，采用水热法，以二氧化钛、氢氧化钾、硝酸铅、去离子水和无水乙醇为反应物料，在120～200℃下于反应釜中进行水热反应，得到由纳米颗粒自组装的四方钙钛矿相PbTiO₃微米片。

近几年关于纳米材料的研究证明，纳米粉体材料的性能不仅受其纳米尺寸的影响，其颗粒形貌往往也起着决定性的影响。钙钛矿型PbTiO₃的形貌和尺寸一样，可严重影响材料的性能。

发明内容

本发明公开了一种合成Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒的方法，以二氧化钛为钛源，通过对工艺参数的精确调控，制备得到了Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒，工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，便于放大生产。

一种以二氧化钛为钛源合成Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒的方法，包括如下步骤：

将KOH与去离子水混合后，再加入TiO₂，搅拌均匀后，依次加入Pb(NO₃)₂和LiNO₃，搅拌均匀后得到前驱体浆料，在200～220℃下水热反应12～16h，得到所述的Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒；

所述前驱体浆料中，KOH的摩尔浓度为4～6mol/L，Li⁺摩尔浓度为0.1～0.2mol/L，钛铅比为1:1～1.1。

本发明以二氧化钛作为钛源前驱体，以Pb(NO₃)₂为铅源，KOH为矿化剂，并在反应物料中引入不同量的的LiNO₃合成Li掺杂的PbTiO₃纳米颗粒。

作为优选，所述的水热反应在反应釜内进行，反应釜内填充度为60～80％。当填充度不足时，可以通过加入去离子水进行调节，但须保证调节后的前驱体浆料中，KOH的摩尔浓度为4～6mol/L，Li⁺摩尔浓度为0.1～0.2mol/L，钛铅比为1:1～1.1。

作为优选，所述水热反应条件为：200～220℃下反应12～16h。。

作为优选，水热反应的粗产物经去离子水和无水乙醇依次清洗后，再经干燥得到最终产物。

本发明所用的原料硝酸铅，矿化剂氢氧化钾、溶剂无水乙醇及去离子水的纯度均不低于化学纯。

本发明公开了根据所述的方法制备的Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒，掺杂的金属Li离子主要替代了PbTiO₃晶格中的Pb，形成置换型掺杂，由于Li离子半径小于Pb离子半径，晶格常数变小，因此随着制备过程中LiNO₃的用量增多，XRD的衍射峰相大角度偏移。同时也可能少量Li居于间隙位，形成间隙形掺杂。由于Li的掺杂，导致形成O空位和Ti三价粒子缺陷，使得锂掺杂PbTiO₃具有优良的可见光催化性能，尤其对亚甲基蓝的光催化降解性能极佳。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过对工艺参数的精确调控，制备得到了Li掺杂PbTiO₃纳米颗粒，工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，便于放大生产。