[发明专利]一种具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的制备方法，属于提高纳米材料固氮性能领域。主要是通过固相热还原法在钛酸钙纳米颗粒表面引入缺陷，从而提高光催化活性。引入缺陷后，提高了小尺寸钛酸钙纳米颗粒在可见光区的吸收能力。具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒与小尺寸钛酸钙纳米颗粒相比具有更好的光催化固氮性能。本发明方法简单易操作，环保，成本较低，可重复率高，得到的具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒对光催化固氮材料的研究方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体的说涉及一种具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的制备方法。

背景技术

随着工业的不断发展，人们对氨气的使用率在不断增加。如何产生更多的氨气成为了研究人员的重要研究方向。空气中含有大量的氮气，因此，空气成为了最为常见的氮气源。研究人员正在研究如何充分利用空气中的氮气，目前已经取得了一些成就。利用光催化剂使空气中的氮气得以利用，是目前最为有效的方法。钛酸钙作为钙钛矿中典型的立方结构，在光催化固氮方面起到了重要的作用。

据调查，文献报道的钙钛矿结构的代表物质钛酸钙由于尺寸过大，所以电荷载流子的迁移率不高，影响了光催化活性，有些制备过程较复杂，经济成本较高，环境污染较严重，而量子效率难以实现突破，且光催化剂易失活等问题阻碍了光催化的产业化推广。如何增加钛酸钙的电荷载流子的迁移率以及减小钛酸钙晶体尺寸从而进一步提高光催化效率成为了众多研究人员的主要研究方向。通过溶胶凝胶法得到的小尺寸钛酸钙纳米颗粒有效的减小了颗粒尺寸。

通过固相热还原法在小尺寸钛酸钙纳米颗粒的表面引入大量缺陷，在不改变小尺寸钛酸钙纳米颗粒原有比表面积的基础上，增强其电子捕获能力，提高光生电子的活性。缺陷的引入，使得钛酸钙纳米颗粒中原有的大部分电子用来发光，进一步提高了电荷载流子的迁移率，同时也提高了光催化固氮活性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的制备具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的方法，该方法简单易行，准确率高，对环境污染低。本专利在合成了小尺寸钛酸钙纳米颗粒的基础上，在小尺寸钛酸钙纳米颗粒表面引入缺陷，进一步提高了小尺寸钛酸钙纳米颗粒的光催化固氮性能。

本发明的目的是这样实现的：一种具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、小尺寸钛酸钙纳米颗粒的制备：

（1）、在120 mL无水乙醇中加入0.24 mol四水硝酸钙和0.031 mol 无水柠檬酸，室温下搅拌30 min，转速为400 rpm，使三者混合均匀形成溶液①；

（2）、在90 mL无水乙醇中加入83.34 mL钛酸四丁酯，在室温下搅拌30 min，转速为400rpm，使两者混合均匀得到混合溶液A，在混合溶液A中加入330 mL冰醋酸，继续在室温下搅拌1 h，得到溶液②；

（3）、将6 g聚乙二醇（PEG-4000）加入至195 mL去离子水中，用冰醋酸调节pH值至3，搅拌1 h得到溶液③；

（4）、将溶液①以60 d/min 的速度缓慢滴入溶液②后搅拌30 min得到混合溶液B，将混合溶液B加入到溶液③中，得到最终溶液④；

（5）将溶液④在80 ^oC的条件下，搅拌15 h，得到钛酸钙凝胶；将得到的钛酸钙凝胶样品转入至马弗炉进行高温煅烧处理，以2 ^oC/min的速率升温至600 ^oC并保温6 h，自然冷却至室温得到小尺寸钛酸钙纳米颗粒；

步骤二、具有缺陷的钛酸钙纳米颗粒的制备：