CN104001493B - 一种八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法，该方法应用简单湿化学反应原理，以水热法合成的四方钙钛矿PbTiO3八面体纳米颗粒、钛酸四丁酯、氨水、无水乙醇和去离子水作为反应原料，采用二次水热法，在四方钙钛矿PbTiO3八面体纳米颗粒表面生成初步结晶的TiO2，随后通过恒温干燥，实现TiO2的完全晶化，得到八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂材料。本发明制备方法简单，易于控制，设备要求低；制得到的八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂可将二氧化钛的紫外光催化调节为可见光催化。
Description
技术领域
本发明涉及一种八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法，属于无机非金属材料和纳米光催化剂材料领域。
背景技术
铁电氧化物PbTiO3是一种典型的四方钙钛矿结构的材料，其结构简单，并具有优异的铁电、压电和介电性能。PbTiO3具有高的铁电相变(居里温度（490oC）和高的自发极化性，在非挥发性铁电存储器、压电传感器、热释电敏感器和高介电电容器等微电子器件的制备上有着广泛的应用。近年来，研究者发现铁电纳米材料的尺寸效应对材料整体的性能，尤其是表面性能有很大的影响。铁电纳米材料的自发极化使得铁电纳米材料的表面化学性质、表面极化以及荷电情况，与块体材料的性质产生很大的不同。研究者遂逐渐将研究兴趣转移到铁电纳米材料的表面化学上。通过一定的物理或者化学手段，将铁电纳米材料与半导体氧化物或者金属单质复合，从而研究铁电纳米材料对复合体系中另一组分性质的影响是其中的一种使用最广泛的方法。
二氧化钛(TiO2)是一种典型吸收紫外光的催化剂，其禁带宽度约为3.2eV，是目前研究最为广泛的光催化材料；由于TiO2对可见光的吸收存在很大困难，人们多利用它进行紫外光催化降解工业污染或者净化生活用水。但是，紫外光仅占太阳光的3%～5%，而可见光约占太阳能的43%，因此，如将TiO2的光降解吸收波段调节至可见光波段将具有重要的现实意义。为了增强TiO2对可见光的吸收，通常采用对TiO2进行掺杂或与其他半导体材料结合的方式，改善其对可见光的吸收作用。对TiO2进行金属离子掺杂，可以形成一个新的吸收态，即形成新的能级结构，减小禁带宽度，以提高光谱吸收的范围。半导体复合可以通过有效的价带调整促进电荷分离，并且减小电子空穴复合过程中的能量损失。而复合半导体材料或壳层半导体材料，两种物相的存在可以对不同阶段的光吸收和表面效应起到一定程度的优化作用。
在光催化领域，当采用微米/纳米级别的铁电材料作为基底物质时，TiO2可以通过半导体铁电氧化物的光生伏打效应可以推动其可见光吸收效果，并且铁电材料由于自发极化产生的内部极化场会使材料表面电子的电化学势产生错配现象。因此，采用PbTiO3纳米颗粒材料作为铁电基底，进行TiO2纳米颗粒复合，并研究其可见光催化性能很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低廉，过程易于控制且具有可见光催化效应的八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法。
本发明的八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂及其制备方法，包括以下工艺步骤：
1）将水热法制备的0.5-2.0g的四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为1%～5%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的悬浊液中，同时加入5～10ml氨水，搅拌，得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的60～80%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于180-210oC的炉中保温，反应2～12小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。
本发明中，所述的钛源可以为钛酸四丁酯，其纯度不低于化学纯。
本发明中，所述的四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒可采用CN102877131A公开的方法制备。
本发明优点：制备方法简单，易于控制，设备要求低；本发明制得的八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂可将二氧化钛的紫外光催化调节为可见光催化。
附图说明
图1是八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的XRD图
图2是八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的SEM图
图3是八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂在可见光辐照下降解亚甲基蓝时不同时间的紫外-可见光吸收图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
1）将水热法制备的2.0g四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散半小时，形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为5%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的均匀悬浊液中，同时加入10ml氨水，搅拌10min得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的80%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于210oC的炉中保温，反应12小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。
实施例2
1）将水热法制备的0.5g的四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散半小时，形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为1%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的均匀悬浊液中，同时加入5ml氨水，搅拌10min得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的60%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于200oC的炉中保温，反应2小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。
实施例3
1）将水热法制备的1.0g的四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散半小时，形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为3%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的均匀悬浊液中，同时加入5ml氨水，搅拌10min得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的80%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于200oC的炉中保温，反应12小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。其XRD图谱如图1所示，由图可看出，该条件下制备得到的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂由四方钙钛矿相PbTiO3和锐钛矿型TiO2两种物相组成。图2为该条件下获得样品的SEM照片，由图可见，PbTiO3-TiO2复合光催化剂主要由尺寸为50nm-100nm，大小均一的八面体纳米颗粒组成，细小的TiO2纳米颗粒以单分散的形式吸附在纳米片表面形成一层光滑的薄膜。
实施例4
1）将水热法制备的1.5g四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散半小时，形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为5%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的均匀悬浊液中，同时加入8ml氨水，搅拌10min得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的70%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于180oC的炉中保温，反应10小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。图3是该条件下制备的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂在可见光辐照下，降解亚甲基蓝不同时间的紫外-可见光吸收图。图中显示，样品暗态条件下的吸附作用很小，基本可以忽略不计，随着可见光辐照时间延长，亚甲基蓝溶液的光吸收强度逐渐降低，当光照时间为70min时，亚甲基蓝溶液基本达到100%的降解率。
Claims (2)
1.一种八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将水热法制备的0.5-2.0g的四方钙钛矿的PbTiO3八面体纳米颗粒加入到去离子水中，超声分散形成均匀悬浊液；
2)配置体积浓度为1%～5%的钛源的醇溶液，将钛源的醇溶液滴加到步骤1）制备的悬浊液中，同时加入5～10ml氨水，搅拌，得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液转移到体积为50ml的聚四氟乙烯反应釜内胆中，用去离子水调节其体积为反应釜容积的60～80%，搅拌30min，得到悬浊液；
4)将步骤3)装有悬浊液的反应釜内胆置于反应釜中，密闭，置于180-210oC的炉中保温，反应2～12小时后，于空气中自然降温至室温，取出反应产物，过滤，用去离子水清洗，烘干，得八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂。
2.根据权利要求1所述的八面体形貌的PbTiO3-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法，其特征在于所述的钛源为钛酸四丁酯，其纯度不低于化学纯。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |