[发明专利]一种掺杂钛酸盐及其制备方法

说明书

本发明涉及一种制备掺杂钛酸盐的方法，所述方法包括：将水溶性钛盐与掺杂元素的可溶性盐混合，配制成水溶液后加入沉淀剂，再进行水热反应；其中，所述掺杂元素的摩尔数占其与所述水溶性钛盐中钛元素摩尔数之和的30％以内。本发明提供的方法简单、科学、有效，可以实现多种金属元素的掺杂，从而可以对材料的光谱学性质进行调制，如其吸收光谱可见，不同掺杂元素导致材料的吸收谱发生明显变化，进而使目标产物具有更大的研究及应用价值。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种掺杂钛酸盐及其制备方法。

背景技术

钛酸盐由于具有优异的介电、压电以及热释电等性能，长期以来一直受到研究者的关注。近年来，钛酸钾、钛酸钠纳米材料由于具有特殊的吸附性以及离子交换性，也引起了广泛兴趣。传统钛酸盐多采取高温固相烧结的方法来合成，可以根据需要来对材料进行掺杂，所得产物一般粒度大、纯度低、不均匀、反应时间长，并且能耗也高。随着纳米材料的发展，许多低能耗的液相法逐步被应用于钛酸盐的制备当中，比如化学共沉淀法、水热法以及溶胶凝胶法等。对钛酸钾、钛酸钠等材料来说，主要以水热法获得。许多研究者为此开展了大量的工作。包括纳米带、纳米片、纳米管等结构都被制备出来。

为了追求材料更加丰富的特性，部分研究者开始探讨如何对钛酸钾、钛酸钠等材料进行掺杂。利用这两种材料特有的离子交换特性，一般将材料浸泡于含某种阳离子的溶液当中，经过一段时间后，会掺杂进杂质离子或变成另外一种钛酸盐纳米材料。然而这种方法很难精确控制材料中掺杂元素的含量，掺杂元素的种类也有限制，工艺复杂，耗时较长，因而急需一种简单的合成方法，低成本，可对掺杂元素的种类、浓度等精确控制的钛酸钾、钛酸钠纳米材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种可对掺杂元素的种类、浓度等精确控制的制备掺杂钛酸盐的方法。

具体而言，本发明提供的制备掺杂钛酸盐的方法包括：将水溶性钛盐与掺杂元素的可溶性盐混合，配制成水溶液后加入沉淀剂，再进行水热反应；其中，所述掺杂元素的可溶性盐的摩尔数占其与所述水溶性钛盐摩尔数之和的30％以内。

本发明所述掺杂元素为金属元素，如Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Dy、Eu、Fe、Mn、Ni、Pb、Sn、Sr、Tb或Zn等；所述掺杂元素的可溶性盐优选为上述元素的硝酸盐或氯化物。例如，所述掺杂元素的可溶性盐可以是硝酸镝。

本发明所述水溶性钛盐可采用硫酸(氧)钛(Ti(SO₄)₂·9H₂O或TiOSO₄)、三氯化钛(TiCl₃)、酸性四氯化钛(TiCl₄)中的一种或两种以上的混合物。

本发明先将水溶性钛盐与掺杂元素的可溶性盐配制成水溶液，例如浓度为0.3～1.0mol/L的混合液，之后再加入沉淀剂。所述沉淀剂可以是热解型沉淀剂，也可以是非热解型沉淀剂。反应过程中，热解型沉淀剂的阴阴离子随着加热缓慢释放，可以有效控制反应速度，进而得到非晶中间产物。而对于非热解型沉淀剂需要控制滴加速度，防止反应过快发生。

作为本发明的一种优选方案，所述沉淀剂采用热解型沉淀剂，所述加入沉淀剂的方法具体为：先在所述水溶性钛盐与掺杂元素的可溶性盐配制成的水溶液中加入热解型沉淀剂，加热至分解后，再加入矿化剂，搅拌均匀。其中，所述热解型沉淀剂优选为尿素或六次甲基四胺；所述矿化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或多种。为了提高所得纳米材料掺杂的均匀性、成型效果等综合性能，本发明优选加入所述热解型沉淀剂的摩尔数相当于所述掺杂元素与钛元素摩尔数之和的1.5～3倍；加入所述矿化剂的摩尔数相当于所述掺杂元素与钛元素摩尔数之和的2～5倍。