CN102139913B - 一种钛酸铅纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的钛酸铅纳米颗粒的制备方法，是以钛羟基氧化物共沉淀和硝酸铅的去离子水溶液作为水热反应物料的引入形式，加入适宜浓度的矿化剂氢氧化钾，在水热系统中引入葡萄糖水热分解的溶液影响形核，控制产物粒子大小，水热反应合成出直径在30nm～60nm的钛酸铅纳米粒子。本发明工艺过程简单易于控制，无污染、成本低，易于生产。

Description

一种钛酸铅纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛酸铅纳米颗粒的制备方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
铅钛矿型氧化物因具有天然铅钛矿（CaTiO3）结构而命名，与之相似的结构有正方、菱方、四方、单斜和三斜型。铅钛矿型复合氧化物具有独特的半导体性质，近年来利用此性质作为光催化剂进行光降解的研究备受瞩目。由于这类化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。
标准铅钛矿中Ａ或Ｂ位被其它金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物,形成阴离子缺陷或不同价态的Ｂ位离子,是一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。
纳米材料和其相对应块体材料相比，表现出许多特异的性能，并且科学技术的进步和电子器件的小型化，对材料的纳米化也提出了越来越多的要求。但目前还没有一种简便使钛酸铅材料粒子变小的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单的钛酸铅纳米颗粒的制备方法。
本发明的钛酸铅纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
1)将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5～1.0mol/L；
2) 在搅拌状态下，向1）制得的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1~2ml的质量浓度30%的氨水溶液，沉淀、过滤、去离子水清洗，得到钛羟基氧化物共沉淀；
3)将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节溶液中相应铅离子浓度为1.5～3.0mol/L； 
4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为2~5mol/L的氢氧化钾水溶液；
5) 将5~8g葡萄糖在150~180oC水热反应6~18h，得到葡萄糖水热分解溶液；
6)将钛羟基氧化物共沉淀、硝酸铅水溶液、葡萄糖水热分解溶液和氢氧化钾水溶液或者氢氧化钾颗粒加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中反应物料的混合水溶液达到反应釜容积的70%~90%，搅拌至少10分钟，反应物料混合水溶液中，钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1～0.2mol/L, 其中铅与钛的摩尔比例为2~4，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5～1.5mol/L，葡萄糖水热分解溶液的体积分数为25%～75%；摩尔体积分数的体积基数为所有反应釜内胆中的物料体积； 
7) 将配置有反应物料的反应釜内胆密闭于反应釜中，密封，在160oC～240oC保温反应4～24小时，然后，降温到室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、0.5wt%的稀硝酸溶液和去离子水清洗，60oC～80oC烘干，在400~600oC退火1~3h得到相应粒子。
本发明步骤4) 中，可将氢氧化钾溶解到去离子水中，以溶液的形式加入到反应釜中，或者氢氧化钾也可以颗粒状形式加入到反应釜中。
本发明中，使用的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
本发明中，所用的钛酸四丁酯、硝酸铅、氢氧化钾、葡萄糖以及氨水和乙二醇甲醚纯度均不低于化学纯。
本发明在水热系统中引入葡萄糖分解水溶液影响形核，控制产物粒子大小，利用水热反应方法直接制备出钛酸铅纳米颗粒，其直径在30nm～60nm。本发明工艺过程简单易于控制，无污染、成本低，易于生产。本发明的钛酸铅在微电子器件、催化剂、太阳能电池、发光材料、介电材料等有很广阔的前景。
附图说明
图1 本发明合成的钛酸铅纳米粒子扫描电镜（SEM）照片。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实例1
1)将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5mol/L
2) 在搅拌状态下，向1）制得的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.5ml的质量浓度30%的氨水溶液，沉淀、过滤、去离子水清洗6次，得到钛羟基氧化物共沉淀；
3)将硝酸铅溶于去离子水，调节溶液中Pb2+离子浓度为1.5mol/L 
4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为2mol/L的氢氧化钾水溶液
5) 将6g葡萄糖在180oC水热反应10h，得到葡萄糖水热分解溶液
6)将钛羟基氧化物共沉淀、硝酸铅水溶液、葡萄糖水热分解溶液20ml和氢氧化钾水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中反应物料的混合水溶液达到反应釜容积的90%，搅拌至少10分钟，反应物料混合水溶液中，钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1mol/L, 其中铅与钛的摩尔比例为3，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，葡萄糖水热分解溶液的体积分数为50%；摩尔体积分数的体积基数为所有反应釜内胆中的物料体积； 
7)将步骤6）配置有反应物料的反应釜内胆密闭于反应釜中，密封，在200oC保温反应12小时，然后，降温到室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、0.5wt%的稀硝酸溶液和去离子水清洗，80oC烘干，在450oC退火2h，得到钛酸铅纳米颗粒。钛酸铅纳米颗粒直径在30nm～60nm。
实例2
1)将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti4+离子浓度为1mol/L
2) 在搅拌状态下，向1）制得的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.5ml的质量浓度30%的氨水溶液，沉淀、过滤、去离子水清洗6次，得到钛羟基氧化物共沉淀；
3)将硝酸铅溶于去离子水，调节溶液中Pb2+离子浓度为2.0mol/L； 
4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为2 mol/L的氢氧化钾水溶液；
5) 将6g葡萄糖在180oC水热反应10h，得到葡萄糖水热分解溶液；
6)将钛羟基氧化物共沉淀、硝酸铅水溶液、葡萄糖水热分解溶液20ml和氢氧化钾水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中反应物料的混合水溶液达到反应釜容积的90%，搅拌至少10分钟，反应物料混合水溶液中，钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.2mol/L, 其中铅与钛的摩尔比例为2，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，葡萄糖水热分解产物的体积分数为40%；摩尔体积分数的体积基数为所有反应釜内胆中的物料体积； 
7)将步骤6）配置有反应物料的反应釜内胆密闭于反应釜中，密封，在200oC保温反应12小时，然后，降温到室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、0.5wt%的稀硝酸溶液、去离子水清洗，80oC烘干，在500oC退火2h，得到钛酸铅纳米颗粒。钛酸铅纳米颗粒直径在30nm～60nm。
实例3
1)将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.6mol/L
2) 在搅拌状态下，向1）制得的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1.0ml的质量浓度30%的氨水溶液，沉淀、过滤、去离子水清洗6次，得到钛羟基氧化物共沉淀；
3)将硝酸铅溶于去离子水，调节溶液中Pb2+离子浓度为2.4mol/L； 
4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为2 mol/L的氢氧化钾水溶液；
5) 将5g葡萄糖在160oC水热反应12h，得到葡萄糖水热分解溶液；
6)将钛羟基氧化物共沉淀、硝酸铅水溶液、葡萄糖水热分解溶液20ml和氢氧化钾水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中反应物料的混合水溶液达到反应釜容积的90%，搅拌至少10分钟，反应物料混合水溶液中，钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.12mol/L, 其中铅与钛的摩尔比例为4，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，葡萄糖水热分解产物的体积分数为60%；摩尔体积分数的体积基数为所有反应釜内胆中的物料体积； 
7)将步骤6）配置有反应物料的反应釜内胆密闭于反应釜中，密封，在200oC保温反应12小时，然后，降温到室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、0.5wt%的稀硝酸溶液、去离子水清洗，80oC烘干，在600oC退火1h，得到钛酸铅纳米颗粒。钛酸铅纳米颗粒直径在30nm～60nm。

Claims (3)

1.一种钛酸铅纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5～1.0mol/L；
2)在搅拌状态下，向1)制得的钛酸四丁酯乙二醇甲醚溶液中加入1～2ml的质量浓度30％的氨水溶液，沉淀、过滤、去离子水清洗，得到钛羟基氧化物共沉淀；
3)将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节溶液中相应铅离子浓度为1.5～3.0mol/L；
4)将氢氧化钾溶于去离子水，配置浓度为2～5mol/L的氢氧化钾水溶液；
5)将5～8g葡萄糖在150～180℃水热反应6～18h，得到葡萄糖水热分解溶液；
6)将钛羟基氧化物共沉淀、硝酸铅水溶液、葡萄糖水热分解溶液和氢氧化钾水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中反应物料的混合水溶液达到反应釜容积的70％～90％，搅拌至少10分钟，反应物料混合水溶液中，钛的羟基氧化物的摩尔浓度为0.1～0.2mol/L，其中铅与钛的摩尔比例为2～4，氢氧化钾的摩尔浓度为0.5～1.5mol/L，葡萄糖水热分解溶液的体积分数为25％～75％；摩尔浓度的体积基数为所有反应釜内胆中的物料体积；
7)将配置有反应物料的反应釜内胆密闭于反应釜中，密封，在160℃～240℃保温反应4～24小时，然后，降温到室温，取出反应产物，过滤，依次用去离子水、0.5wt％的稀硝酸溶液和去离子水清洗，60℃～80℃烘干，在400～600℃退火1～3h得到相应粒子。
2.根据权利要求1所述的钛酸铅纳米颗粒的制备方法，其特征是反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
3.根据权利要求1所述的钛酸铅纳米颗粒的制备方法，其特征是所用的钛酸四丁酯、硝酸铅、氢氧化钾、葡萄糖以及氨水和乙二醇甲醚纯度均不低于化学纯。
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