CN106219601B - 一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法 - Google Patents

一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法 Download PDF

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Abstract

一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，将镧盐溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.05～0.15mol/L的溶液A，将钛盐溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.1～0.3mol/L的溶液B；将溶液A与溶液B混合后搅拌均匀后加入NaOH溶液，之后在室温下搅拌均匀得反应前驱液D；将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，之后将反应釜密封，在温度160～200℃下水热反应为6～12h；本发明以水为溶剂，不添加任何模板剂，采用一步水热法合成了具有花状多级结构微观形貌的NaLaTi2O6粉体。本发明操作工艺简单，反应温度低，产物纯度高，适合大规模生产制备。

Description

一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法
技术领域
本发明涉及一种制备NaLaTi2O6的方法，具体涉及一种利用水热工艺制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法。
背景技术
NaLaTi2O6是一种白色粉末，不溶于水，属于钙钛矿结构具有稳定的化学与热学性质。其低温下的(小于50K)的量子顺电性使其展现出了独特的介电性能，高的介电常数、低的介电损耗和小的介电温度系数,使其在多层膜电容器、微波通讯器件等应用领域里，是一个很有前景的候选材料。另外NaLaTi2O6也是一种重要的离子导体的基质材料，通过元素替代可以获得导电性能优异的电极材料，在固体电池及化学传感器方面应用广泛。
目前报道的制备NaLaTi2O6材料的方法主要有固相法[Rohini Garg,AnatoliySenyshyn,Hans Boysen,et al.Structure and phase transition of Na0.5La0.5TiO3[J].Journal of Physics:Condensen Matter,2008,20:505215]、溶胶-凝胶法[张伟风,张兴堂,郭虹,等.量子顺电体La1/2Na1/2TiO3纳米晶的制备与谱学表征[J].高等学校化学学报,1999,20(4):515-518]和水热法[毛雅春,冯守华.纳米晶钛镧酸盐的水热合成和表征[J].高等学校化学学报,1998,19(3):340-344]。固相法制备NaLaTi2O6，此方法操作简单，但其能耗高，所得产物粒度较大，分布不均匀。用溶胶-凝胶法制备NaLaTi2O6，其原料价格较贵，溶胶制备周期长，且凝胶都需要后期热处理，制备工艺复杂。而水热法制NaLaTi2O6，由于原料在液相中容易实现分子水平的混合，水热温度低，不需要后期的热处理，能耗低，所得产物具有尺寸小，纯度高，均一性好等优点。
近年来多级结构材料在催化、生物技术和能源再生等领域的运用，引起了研究者们的广泛兴趣。多级结构的NaLaTi2O6作为一种结构复杂、形貌特殊的多级结构材料具有潜在的应 用前景，但关于多级结构的NaLaTi2O6的制备方法，目前还没有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，此方法工艺简单、反应温度低、产物纯度高。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，包括以下步骤：
1)将镧盐溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.05～0.15mol/L的溶液A，将钛盐溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.1～0.3mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合后搅拌均匀后得溶液C，向溶液C中加入NaOH溶液，之后在室温下搅拌均匀得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，之后将反应釜密封，在温度160～200℃下水热反应为6～12h；
4)待反应结束，将得到的悬浮液洗涤，干燥，得到花状多级结构NaLaTi2O6。
本发明进一步的改进在于，所述镧盐为硝酸镧；钛盐为硫酸钛。
本发明进一步的改进在于，所述镧盐和钛盐均为分析纯。
本发明进一步的改进在于，所述NaOH溶液的浓度为0.5～2.0mol/L。
本发明进一步的改进在于，将溶液A与溶液B混合后搅拌搅拌的时间为20min。
本发明进一步的改进在于，所述水热反应在水热反应仪中进行。
本发明进一步的改进在于，所述NaOH溶液的加入方式为逐滴滴加。
本发明进一步的改进在于，所述水热釜的填充度为40～50％。
本发明进一步的改进在于，所述洗涤采用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤，洗涤次数为3～5次。
本发明进一步的改进在于，干燥的温度为60℃，时间为2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明以镧盐和钛盐为原料，然后通过加入NaOH溶液制备反应前躯体，NaOH溶液作为碱源，并且碱性较大，采用水热法使原料在分子层面上进行反应，制备花状多级结构的NaLaTi2O6，本发明反应原料易得，操作工艺简单，以水作为溶剂且未加任何模板剂，可行性及安全性强。所制备的花状多级结构的NaLaTi2O6化学组成均一，纯度较高。所得一个花状多级结构直径约为4μm，每个花瓣长度约为1.3μm且上面长有许多20nm左右的纳米棒。本发明制备方法简单，反应温度低，产物纯度高，适合且无需后续处理，对环境友好，是一种绿色环保的制备方法，大规模生产制备。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的NaLaTi2O6的X-射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明实施例1制备的花状多级结构NaLaTi2O6的放大2万倍时的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
实施例1
1)将硝酸镧(La(NO3)3·2H2O)溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.15mol/L的溶液A，将硫酸钛(Ti(SO4)2)溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.3mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合，搅拌20min后得溶液C，在溶液C中逐滴滴加浓度为2.0mol/L的NaOH溶液，之后在室温下搅拌20min得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜的填充度为40％，之后将 反应釜密封，置于水热反应仪中，选择水热温度为160℃，水热时间为12h；
4)待反应结束，反应釜自然冷却至室温，取出反应釜，将得到的悬浮液用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤3次，之后将产物置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2h，得花状多级结构NaLaTi2O6。
参见图1，从图1可以看出，XRD衍射峰型尖锐，说明所得产物结晶性较好，同时衍射峰的位置可以与NaLaTi2O6的标准卡片(PDF No.52-0225)对应一致，说明此方法可以制备纯度较高的NaLaTi2O6。
参见图2，从图2可以看出，NaLaTi2O6的微观形貌为多级的花状结构，花瓣由若干棱角尖锐的纳米片组成，花的直径约为4μm，花瓣有规律的组装在一起，每个花瓣长度约为1.3μm且上面长有许多20nm左右的纳米棒。
实施例2
1)将硝酸镧(La(NO3)3·2H2O)溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.1mol/L的溶液A，将硫酸钛(Ti(SO4)2)溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.2mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合，搅拌均匀后得溶液C，在溶液C中逐滴滴加浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，之后在室温下搅拌20min得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜的填充度为50％，之后将反应釜密封，置于水热反应仪中，选择水热温度为160℃，水热时间为10h；
4)待反应结束，反应釜自然冷却至室温，取出反应釜，将得到的悬浮液用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤5次，之后将产物置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2h，得花状多级结构NaLaTi2O6。
实施例3
1)将硝酸镧(La(NO3)3·2H2O)溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.075mol/L的溶液A，将硫酸钛(Ti(SO4)2)溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.15mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合，搅拌均匀后得溶液C，在溶液C中逐滴滴加浓度为1.5mol/L的NaOH溶液，之后在室温下搅拌20min得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜的填充度为45％，之后将反应釜密封，置于水热反应仪中，选择水热温度为180℃，水热时间为8h；
4)待反应结束，反应釜自然冷却至室温，取出反应釜，将得到的悬浮液用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤4次，之后将产物置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2h，得花状多级结构NaLaTi2O6。
实施例4
1)将硝酸镧(La(NO3)3·2H2O)溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.0625mol/L的溶液A，将硫酸钛(Ti(SO4)2)溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.125mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合，搅拌均匀后得溶液C，在溶液C中逐滴滴加浓度为1.0mol/L的NaOH溶液，之后在室温下搅拌20min得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜的填充度为40％，之后将反应釜密封，置于水热反应仪中，选择水热温度为180℃，水热时间为6h；
4)待反应结束，反应釜自然冷却至室温，取出反应釜，将得到的悬浮液用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤5次，之后将产物置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2h，得花状多级结构NaLaTi2O6。
实施例5
1)将硝酸镧(La(NO3)3·2H2O)溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.05mol/L的溶液A，将硫酸钛(Ti(SO4)2)溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.1mol/L的溶液B；
2)按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合，搅拌均匀后得溶液C，在溶液C中逐滴滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，之后在室温下搅拌20min得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3)将反应前驱液D转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜的填充度为50％，之后将反应釜密封，置于水热反应仪中，选择水热温度为200℃，水热时间为6h；
4)待反应结束，反应釜自然冷却至室温，取出反应釜，将得到的悬浮液用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤3次，之后将产物置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2h，得花状多级结构NaLaTi2O6。

Claims (7)

1.一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将镧盐溶解于去离子水中，配制成La3+的浓度为0.05~0.15 mol/L的溶液A，将钛盐溶解于去离子水中，配制成Ti4+的浓度为0.1~0.3 mol/L的溶液B；
2）按镧与钛摩尔比为1:2，将溶液A与溶液B混合后搅拌均匀后得溶液C，向溶液C中加入NaOH溶液，之后在室温下搅拌均匀得反应前驱液D；其中，Na与La的摩尔比为1:1；
3）将反应前驱液D转入反应釜中，之后将反应釜密封，在温度160~180 ℃下水热反应为6~12 h；
4）待反应结束，将得到的悬浮液洗涤，干燥，得到花状多级结构NaLaTi2O6；该NaLaTi2O6的微观形貌为多级的花状结构，花瓣由若干棱角尖锐的纳米片组成，花的直径为4 μm，花瓣有规律的组装在一起，每个花瓣长度为1.3 μm且上面长有许多20 nm左右的纳米棒；
所述镧盐为硝酸镧；钛盐为硫酸钛；
所述镧盐和钛盐均为分析纯；
干燥的温度为60 ℃，时间为2 h。
2.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为0.5~2.0 mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，将溶液A与溶液B混合后搅拌的时间为20min。
4.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，所述水热反应在水热反应仪中进行。
5.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，所述NaOH溶液的加入方式为逐滴滴加。
6.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，所述反应釜的填充度为40~50%。
7.根据权利要求1所述的一种水热法制备花状多级结构NaLaTi2O6的方法，其特征在于，所述洗涤采用去离子水及无水乙醇进行离心洗涤，洗涤次数为3~5次。
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