[发明专利]形貌可调的钛酸锶纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种形貌可调的钛酸锶纳米材料的制备方法。所述方法将硝酸锶溶液、氢氧化钠溶液、钛酸正丁酯的丁醇溶液、油酸的丁醇溶液混合均匀后，置于100～200℃下水热反应6～24h，得到钛酸锶纳米材料。本发明通过油酸分子自组装形成的胶束对SrTiO₃纳米微晶的定向吸附的动力学行为的影响，最终实现对产物形貌的调控，制得的SrTiO₃纳米材料分散性好，光催化效率高，有利于后期的光催化器件的应用。

技术领域

本发明涉及一种形貌可调的钛酸锶纳米材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域

背景技术

钛酸锶(SrTiO₃)作为典型的钙钛矿金属氧化物，是一种用途广泛的电子功能陶瓷材料，具有热稳定性好、介电损耗低、介电常数高等特点，在催化、铁电、压电和介电材料的应用中发挥了重要作用。SrTiO₃具有良好的光催化活性和适宜的禁带宽度(3.2～3.8eV)，在光化学电池、光催化水解、光催化降解有机污染物等领域具有广泛的应用前景。SrTiO₃晶体的生长过程和形貌控制对其物理化学性质有着重要的影响，这是由于其结构依赖性可以通过控制生长参数和过程来调整。

在纳米颗粒生长过程中，主要的合成策略之一是使用合适的反应模板。模板可以在生长过程中为纳米颗粒提供一个受限制的环境，以便通过模板的形态来调整粒子的最终形状。在模板所提供的一定形态的受限空间内，纳米微晶可以通过定向吸附的方式来形成较大的纳米材料，这一过程除了离子和分子被纳米微晶取代外，完全模仿了教科书中的经典晶体生长机制。已有文献通过模板法来构建特殊形貌的纳米材料。J.F.Banfield等人首先报道了在表面活性剂存在条件下，通过纳米微晶的定向吸附行为制备纳米材料的方法(Science,1998,281,969)，该方法制备的TiO₂纳米颗粒存在结晶性差、颗粒大小不均匀的问题。Zhan等人(J.Phys.Chem.C,2015,119,3530)在聚乙二醇自组装分子模板存在下，采用水热法制备了具有介孔结构的SrTiO₃纳米颗粒的尺寸和形态演变，通过这种方法得到的SrTiO₃纳米颗粒同样存在着产物大小不均一的问题。因此，选择合适的分子自组装模板并用于指导纳米微晶的定向吸附过程决定了最终产物的结晶性、形貌、均匀性等关键参数。常用的模板有多孔氧化铝、聚碳酸酯膜、碳纳米管和微纳米乳液。然而，采用模板法制备SrTiO₃纳米颗粒存在形貌单一，尺寸调控范围相对较窄的问题。上述问题严重地限制了SrTiO₃纳米材料的应用范围，阻碍了其光催化性能的大幅度提高。

发明内容

为解决现有工艺的SrTiO₃纳米材料存在形貌不可控、粒径尺寸过大且可调控范围相对较窄，造成其应用中存在范围窄、取向性低、稳定性差、性能恶化的问题，本发明提供一种形貌可调的钛酸锶纳米材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

形貌可调的钛酸锶纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

将硝酸锶溶液、氢氧化钠溶液、钛酸正丁酯的丁醇溶液、油酸的丁醇溶液混合均匀后，置于100～200℃下水热反应6～24h，反应结束后，冷却至室温，离心，清洗、干燥，得到钛酸锶纳米材料。

优选地，所述的油酸的丁醇溶液的浓度为0.1～0.6mol/L。

优选地，所述的硝酸锶与油酸的摩尔比为2:1～1:3。

优选地，所述的硝酸锶和钛酸正丁酯的摩尔比为1:1。

优选地，所述的冷却为自然冷却。

优选地，所述的离心转速为3000～5000rpm，离心时间为5～10分钟。

优选地，所述的干燥温度为50～70℃，干燥时间为24～36小时。