一種鈦酸鉛納米顆粒的製備方法
2023-06-10 15:40:51
專利名稱：一種鈦酸鉛納米顆粒的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦酸鉛納米顆粒的製備方法，屬於無機非金屬材料領域。
背景技術：
鉛鈦礦型氧化物因具有天然鉛鈦礦(CaTiO3)結構而命名，與之相似的結構有正 方、菱方、四方、單斜和三斜型。鉛鈦礦型複合氧化物具有獨特的半導體性質，近年來利用此 性質作為光催化劑進行光降解的研究備受矚目。由於這類化合物具有穩定的晶體結構、獨 特的電磁性能以及很高的氧化還原、氫解、異構化、電催化等活性，作為一種新型的功能材 料，在環境保護和工業催化等領域具有很大的開發潛力。標準鉛鈦礦中A或B位被其它金屬離子取代或部分取代後可合成各種複合氧化 物，形成陰離子缺陷或不同價態的B位離子，是一類性能優異、用途廣泛的新型功能材料。納米材料和其相對應塊體材料相比，表現出許多特異的性能，並且科學技術的進 步和電子器件的小型化，對材料的納米化也提出了越來越多的要求。但目前還沒有一種簡 便使鈦酸鉛材料粒子變小的方法。
發明內容
本發明的目的在於提供一種工藝簡單的鈦酸鉛納米顆粒的製備方法。本發明的鈦酸鉛納米顆粒的製備方法包括以下步驟
1)將鈦酸四丁酯溶於乙二醇甲醚，調節溶液中的Ti4+離子濃度為0.5 1. Omol/L ；
2)在攪拌狀態下，向1)製得的鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入廣2ml的質量濃度 30%的氨水溶液，沉澱、過濾、去離子水清洗，得到鈦羥基氧化物共沉澱；
3)將硝酸鉛溶於去離子水，形成硝酸鉛水溶液，調節溶液中相應鉛離子濃度為1.5 3. Omol/L ；
4)將氫氧化鉀溶於去離子水，配置濃度為2飛mol/L的氫氧化鉀水溶液；
5)將5 8g葡萄糖在15(T180°C水熱反應6 18h，得到葡萄糖水熱分解溶液；
6)將鈦羥基氧化物共沉澱、硝酸鉛水溶液、葡萄糖水熱分解溶液和氫氧化鉀水溶液或 者氫氧化鉀顆粒加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中反應物料的混合水溶 液達到反應釜容積的709Γ90%，攪拌至少10分鐘，反應物料混合水溶液中，鈦的羥基氧化物 的摩爾體積分數為0. 1 0. 2mol/L,其中鉛與鈦的摩爾比例為2 4，氫氧化鉀的摩爾體積 分數為0. 5 1. 5mol/L,葡萄糖水熱分解溶液的體積分數為25% 75% ；摩爾體積分數的體 積基數為所有反應釜內膽中的物料體積；
7)將配置有反應物料的反應釜內膽密閉於反應釜中，密封，在160°C 240°C保溫反應 4 M小時，然後，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用去離子水、0. 5wt%的稀硝酸溶 液和去離子水清洗，60°C 80°C烘乾，在40(T600°C退火Hh得到相應粒子。本發明步驟4)中，可將氫氧化鉀溶解到去離子水中，以溶液的形式加入到反應釜 中，或者氫氧化鉀也可以顆粒狀形式加入到反應釜中。
本發明中，使用的反應釜為聚四氟乙烯內膽，不鏽鋼套件密閉的反應釜。本發明中，所用的鈦酸四丁酯、硝酸鉛、氫氧化鉀、葡萄糖以及氨水和乙二醇甲醚 純度均不低於化學純。本發明在水熱系統中引入葡萄糖分解水溶液影響形核，控制產物粒子大小，利用 水熱反應方法直接製備出鈦酸鉛納米顆粒，其直徑在30nm 60nm。本發明工藝過程簡單易 於控制，無汙染、成本低，易於生產。本發明的鈦酸鉛在微電子器件、催化劑、太陽能電池、發 光材料、介電材料等有很廣闊的前景。
圖1本發明合成的鈦酸鉛納米粒子掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施例方式以下結合實施例進一步說明本發明。實例1
1)將鈦酸四丁酯溶於乙二醇甲醚，調節溶液中的Ti4+離子濃度為0.5mol/L
2)在攪拌狀態下，向1)製得的鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.5ml的質量濃度 30%的氨水溶液，沉澱、過濾、去離子水清洗6次，得到鈦羥基氧化物共沉澱；
3)將硝酸鉛溶於去離子水，調節溶液中1 2+離子濃度為1.5mol/L
4)將氫氧化鉀溶於去離子水，配置濃度為2mol/L的氫氧化鉀水溶液
5)將6g葡萄糖在180°C水熱反應10h，得到葡萄糖水熱分解溶液
6)將鈦羥基氧化物共沉澱、硝酸鉛水溶液、葡萄糖水熱分解溶液20ml和氫氧化鉀水 溶液加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中反應物料的混合水溶液達到反應 釜容積的90%，攪拌至少10分鐘，反應物料混合水溶液中，鈦的羥基氧化物的摩爾體積分數 為0. lmol/L,其中鉛與鈦的摩爾比例為3，氫氧化鉀的摩爾體積分數為0. 5mol/L，葡萄糖 水熱分解溶液的體積分數為50% ；摩爾體積分數的體積基數為所有反應釜內膽中的物料體 積；
7)將步驟6)配置有反應物料的反應釜內膽密閉於反應釜中，密封，在200°C保溫反應 12小時，然後，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用去離子水、0. 5wt%的稀硝酸溶液和 去離子水清洗，80°C烘乾，在450°C退火池，得到鈦酸鉛納米顆粒。鈦酸鉛納米顆粒直徑在 30nm 60nmo實例2
1)將鈦酸四丁酯溶於乙二醇甲醚，調節溶液中的Ti4+離子濃度為lmol/L
2)在攪拌狀態下，向1)製得的鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.5ml的質量濃度 30%的氨水溶液，沉澱、過濾、去離子水清洗6次，得到鈦羥基氧化物共沉澱；
3)將硝酸鉛溶於去離子水，調節溶液中1 2+離子濃度為2.Omol/L ；
4)將氫氧化鉀溶於去離子水，配置濃度為2mol/L的氫氧化鉀水溶液；
5)將6g葡萄糖在180°C水熱反應10h，得到葡萄糖水熱分解溶液；
6)將鈦羥基氧化物共沉澱、硝酸鉛水溶液、葡萄糖水熱分解溶液20ml和氫氧化鉀水 溶液加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中反應物料的混合水溶液達到反應釜容積的90%，攪拌至少10分鐘，反應物料混合水溶液中，鈦的羥基氧化物的摩爾體積分數 為0. 2mol/L,其中鉛與鈦的摩爾比例為2，氫氧化鉀的摩爾體積分數為0. 5mol/L，葡萄糖 水熱分解產物的體積分數為40% ；摩爾體積分數的體積基數為所有反應釜內膽中的物料體 積；
7)將步驟6)配置有反應物料的反應釜內膽密閉於反應釜中，密封，在200°C保溫反應 12小時，然後，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用去離子水、0. 5wt%的稀硝酸溶液、 去離子水清洗，80°C烘乾，在500°C退火池，得到鈦酸鉛納米顆粒。鈦酸鉛納米顆粒直徑在 30nm 60nmo
實例 3
1)將鈦酸四丁酯溶於乙二醇甲醚，調節溶液中的Ti4+離子濃度為0.6mol/L
2)在攪拌狀態下，向1)製得的鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.Oml的質量濃度 30%的氨水溶液，沉澱、過濾、去離子水清洗6次，得到鈦羥基氧化物共沉澱；
3)將硝酸鉛溶於去離子水，調節溶液中1 2+離子濃度為2.4mol/L ；
4)將氫氧化鉀溶於去離子水，配置濃度為2mol/L的氫氧化鉀水溶液；
5)將5g葡萄糖在160°C水熱反應12h，得到葡萄糖水熱分解溶液；
6)將鈦羥基氧化物共沉澱、硝酸鉛水溶液、葡萄糖水熱分解溶液20ml和氫氧化鉀水 溶液加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中反應物料的混合水溶液達到反應 釜容積的90%，攪拌至少10分鐘，反應物料混合水溶液中，鈦的羥基氧化物的摩爾體積分數 為0. 12mol/L,其中鉛與鈦的摩爾比例為4，氫氧化鉀的摩爾體積分數為0. 5mol/L，葡萄糖 水熱分解產物的體積分數為60% ；摩爾體積分數的體積基數為所有反應釜內膽中的物料體 積；
7)將步驟6)配置有反應物料的反應釜內膽密閉於反應釜中，密封，在200°C保溫反應 12小時，然後，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用去離子水、0. 5wt%的稀硝酸溶液、 去離子水清洗，80°C烘乾，在600°C退火lh，得到鈦酸鉛納米顆粒。鈦酸鉛納米顆粒直徑在 30nm 60nmo
權利要求
1.一種鈦酸鉛納米顆粒的製備方法，其特徵在於包括以下步驟1)將鈦酸四丁酯溶於乙二醇甲醚，調節溶液中的Ti4+離子濃度為0.5 1. Omol/L ；2)在攪拌狀態下，向1)製得的鈦酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入廣2ml的質量濃度 30%的氨水溶液，沉澱、過濾、去離子水清洗，得到鈦羥基氧化物共沉澱；3)將硝酸鉛溶於去離子水，形成硝酸鉛水溶液，調節溶液中相應鉛離子濃度為1.5 3. Omol/L ；4)將氫氧化鉀溶於去離子水，配置濃度為2飛mol/L的氫氧化鉀水溶液；5)將5 8g葡萄糖在15(T180°C水熱反應6 18h，得到葡萄糖水熱分解溶液；6)將鈦羥基氧化物共沉澱、硝酸鉛水溶液、葡萄糖水熱分解溶液和氫氧化鉀水溶液或 者氫氧化鉀顆粒加入到反應釜內膽中，用去離子水調節反應釜內膽中反應物料的混合水溶 液達到反應釜容積的709Γ90%，攪拌至少10分鐘，反應物料混合水溶液中，鈦的羥基氧化物 的摩爾體積分數為0. 1 0. 2mol/L,其中鉛與鈦的摩爾比例為2 4，氫氧化鉀的摩爾體積 分數為0. 5 1. 5mol/L,葡萄糖水熱分解溶液的體積分數為25% 75% ；摩爾體積分數的體 積基數為所有反應釜內膽中的物料體積；7)將配置有反應物料的反應釜內膽密閉於反應釜中，密封，在160°C 240°C保溫反應 4 M小時，然後，降溫到室溫，取出反應產物，過濾，依次用去離子水、0. 5wt%的稀硝酸溶 液和去離子水清洗，60°C 80°C烘乾，在40(T600°C退火Hh得到相應粒子。
2.根據權利要求1所述的鈦酸鉛納米顆粒的製備方法，其特徵是反應釜為聚四氟乙烯 內膽，不鏽鋼套件密閉的反應釜。
3.根據權利要求1所述的鈦酸鉛納米顆粒的製備方法，其特徵是所用的鈦酸四丁酯、 硝酸鉛、氫氧化鉀、葡萄糖以及氨水和乙二醇甲醚純度均不低於化學純。
全文摘要
本發明公開的鈦酸鉛納米顆粒的製備方法，是以鈦羥基氧化物共沉澱和硝酸鉛的去離子水溶液作為水熱反應物料的引入形式，加入適宜濃度的礦化劑氫氧化鉀，在水熱系統中引入葡萄糖水熱分解的溶液影響形核，控制產物粒子大小，水熱反應合成出直徑在30nm～60nm的鈦酸鉛納米粒子。本發明工藝過程簡單易於控制，無汙染、成本低，易於生產。
文檔編號C01G23/00GK102139913SQ201110099158
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者任召輝, 徐剛, 杜丕一, 沈鴿, 翁文劍, 趙高凌, 鄭偉, 韓高榮, 魏曉 申請人:浙江大學