CN114873637A - 一种纳米十八面体SrTiO3及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米十八面体SrTiO3及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将钛源、锶源、碱溶液和调节剂混合，得到混合溶液，进行水热反应，得到纳米十八面体SrTiO3；所述混合溶液中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述调节剂包括脂肪酸和/或醇。本发明通过一步水热法，将特定浓度的锶源和特定浓度的钛源与调节剂混合，在强碱条件下，制备出形貌均一、规则、粒径分布较窄的高分散性纳米十八面体SrTiO3，实现了对SrTiO3颗粒形貌与粒度的同时调控，有利于减小SrTiO3禁带宽度，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。

Description

一种纳米十八面体SrTiO3及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种纳米十八面体SrTiO3及其制备方法和应用。
背景技术
钛酸锶（SrTiO3）具有较高的介电常数、较低的介电损耗和较好的热稳定性，还具有优异的光催化、压电和铁电性能，在电子、机械和陶瓷工业等领域应用广泛。在光催化领域，高光子利用率的核心是光致电子与光致空穴的有效分离，而SrTiO3的形貌与结构对于SrTiO3光电荷与光空穴的高效分离起至关重要的作用；其中，粒径大小是影响光载流子转换与分离的重要因素之一。
目前，SrTiO3制备方法主要有溶胶-凝胶法，溶解-沉淀法、熔盐法、化学共沉淀法、溶剂热法和水热法。CN102583517B提供了一种钛酸锶纳米片的制备方法，其采用氨水沉淀钛盐得到钛的羟基氢氧化物沉淀并与硝酸锶一起作为溶剂热反应物料，用乙二醇作为反应体系溶剂，在氢氧化钾矿化剂作用下，于150~240℃溶剂热合成钙钛矿结构钛酸锶自组装纳米片。CN102167396B提供了一种钛酸锶介孔球的制备方法，其将钛的羟基氧化物沉淀和锶的去离子水溶液作为反应物料，加入适宜浓度的氢氧化钾促进晶化，并加入一定量的偏硅酸钠表面活性剂控制形貌，于80~240℃下，水热反应得到单分散的钛酸锶介孔球。CN1082491C利用溶胶凝胶法，以水溶性锶盐和钛酸酯/钛醇盐为原料，以脂肪醇和水为溶剂，在强烈搅拌条件下将锶盐水溶液逐滴加入钛酸酯/钛醇盐的脂肪醇溶液中，搅拌至形成均质凝胶，再将老化后的凝胶在高温下烧结即可制得纳米钛酸锶粉体。
现有技术中采用溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、溶剂热法和水热法等方法制得了SrTiO3颗粒，但是上述方法制备得到的SrTiO3颗粒形貌不规则，粒度分布不均，颗粒多为微米级，无法实现对SrTiO3的形貌和粒径的有效控制，影响了SrTiO3的光催化效率，因此，制备一种形貌规则、粒径分布均匀的纳米尺度的SrTiO3有利于光催化材料的进一步发展。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米十八面体SrTiO3及其制备方法和应用。本发明通过一步水热法，将特定浓度的锶源和特定浓度的钛源与调节剂混合，在强碱条件下，制备出规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3，实现了对钛酸锶颗形貌与粒度的同时调控，有利于减小SrTiO3禁带宽度，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种纳米十八面体SrTiO3的制备方法，所述制备方法包括：
将钛源、锶源、碱溶液和调节剂混合，得到混合溶液，进行水热反应，得到纳米十八面体SrTiO3；
所述混合溶液中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述调节剂包括脂肪酸和/或醇。
本发明中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，例如可以是1mol/、1.2mol/L、1.4mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.2mol/L或2.4mol/L等，锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，例如可以是1mol/、1.2mol/L、1.4mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.2mol/L或2.4mol/L等。
本发明采用了一步水热法，一步水热法操作简单，条件温和，具有产品纯度与化学均一性优异的特点；通过一步水热法将特定浓度的锶源和特定浓度的钛源与调节剂混合制备纳米十八面体SrTiO3，在强碱条件下，较高浓度的钛源和锶源形成大量的晶核，能够使产物粒径减小，配合特定的调节剂，能够制备出形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒，实现了对钛酸锶颗形貌与粒度的同时调控，减小了SrTiO3禁带宽度；同时，纳米十八面体SrTiO3呈现纳米效应，且形貌规则、粒径分布较窄，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述钛源中的Ti和所述锶源中的Sr的摩尔比为1:(0.9~1.1)，例如可以是1:0.9、1:0.95、1:1、1:1.05或1:1.1等。
所述锶源包括Sr(OH)2和/或SrCl2。
所述钛源包括TiO2和/或TiCl4。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述调节剂中的脂肪酸包括油酸和/或硬脂酸。
所述调节剂中的醇包括乙二醇和/或1,2-丙二醇。
以所述混合溶液的质量为100%计，所述油酸的含量为0~1%，例如可以是0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%或1%等，当含量为0%时指混合溶液中不含油酸。
以所述混合溶液的质量为100%计，所述硬脂酸的含量为0~0.2%，例如可以是0%、0.01%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%或0.2%等，当含量为0%时指混合溶液中不含硬脂酸。
以所述混合溶液的质量为100%计，所述乙二醇的含量为0~4%，例如可以是0%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%或4%等，当含量为0%时指混合溶液中不含乙二醇。
以所述混合溶液的质量为100%计，所述1,2-丙二醇的含量为0~4%，例如可以是0%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%或4%等，当含量为0%时指混合溶液中不含1,2-丙二醇。
需要说明的是，本发明中油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇四者的含量不同时为0%。
本发明中，通过对调节剂的种类和含量的进一步调控，能够实现对规则的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒的暴露晶面与尺寸大小的精准调控，进一步提高材料的分散性，优化材料的形貌和尺寸。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述调节剂为油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的混合溶剂，油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇协同作用，复合调节，能够提高纳米颗粒的分散性，调节醇和颗粒表面的相互作用，防止一种调节剂单独使用时浓度和调节剂种类难以配合，导致颗粒分布不均的问题，制备得到更规则的、粒径分布更加均一的纳米十八面体SrTiO3。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述碱溶液的浓度为1~3mol/L，例如可以是1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.2mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L或3mol/L等。
所述碱溶液中的碱包括NaOH和/或LiOH。
所述混合溶液的pH为10~14，例如可以是10、11、12、13或14等。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述混合按照以下步骤进行：
将钛源逐滴添加到调节剂中，在冰浴中冷却，搅拌后加入碱溶液和锶源，得到混合溶液。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述水热反应的温度为180~220℃，例如可以是180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃或220℃等。
所述水热反应的时间为24~92h，例如可以是24h、28h、30h、35h、40h、50h、60h、70h、80h、90h或92h等。
所述水热反应的升温速率为1~5℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min等。
所述水热反应后，还进行降温、离心、洗涤和干燥的操作。
所述降温的速率为1~5℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min等，当降温速率偏低时，会影响颗粒形貌的规则程度，当降温速率偏高时，会导致颗粒粒径变大，在合适的降温速率下，配合本发明的制备方法，能够得到形貌和催化性能更佳的纳米十八面体SrTiO3。
本发明中，通过在合适的温度、时间和降温速率下进行水热反应，能够得到形貌均一规则的单晶颗粒，而不是多晶颗粒。
所述洗涤的溶剂包括水和/或乙醇。
所述干燥的温度为75~85℃/min，例如可以是75℃/min、78℃/min、80℃/min、82℃/min或85℃/min等，所述干燥的时间为5~7h，例如可以是5h、5.5h、6h、6.5h或7h等。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括：
（1）将钛源逐滴添加到调节剂中，所述调节剂包括脂肪酸和/或醇，所述脂肪酸包括油酸和/或硬脂酸，所述醇包括乙二醇和/或1,2-丙二醇，并在冰浴中冷却，搅拌后加入碱溶液和锶源，所述碱溶液的浓度为1~3 mol/L，所述混合溶液中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述混合溶液中锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述钛源中的Ti和所述锶源中的Sr的摩尔比为1:(0.9~1.1)，得到pH为10~14的混合溶液，以所述混合溶液的质量为100%计，所述油酸的含量为0~1%，所述硬脂酸的含量为0~0.2%，所述乙二醇的含量为0~4%，所述1,2-丙二醇的含量为0~4%，且所述油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的含量不同时为0%；
（2）将所述混合溶液搅拌后进行水热反应，所述水热反应的温度为180~220℃，时间为24~92h，升温速率为1~5℃/min；
（3）将所述水热反应后得到的产物以1~5℃/min的速率降温至室温，离心后用水和/或乙醇洗涤，在75~85℃/min下干燥5~7h，得到纳米十八面体SrTiO3。
第二方面，本发明提供了一种纳米十八面体SrTiO3，所述纳米十八面体SrTiO3采用根据第一方面所述的制备方法制备得到，所述纳米十八面体SrTiO3的粒径D50小于260nm。
进一步地，所述纳米十八面体SrTiO3的粒径D50小于100nm。
本发明制备得到的纳米十八面体SrTiO3具有规则的形貌和较窄的粒径分布，粒径D50均小于260nm，进一步地，粒径小于100nm，呈纳米尺度，纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒同时暴露（100）与（110）两个晶面，减小了禁带宽度，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。
本发明中纳米十八面体SrTiO3的粒径D50小于260nm，例如可以是5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、95nm、100nm、150nm、200nm、250nm或260nm等。
第三方面，本发明提供了一种根据第二方面所述的纳米十八面体SrTiO3在光催化领域的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采用产品纯度与化学均一性强的一步水热法，将特定浓度的锶源和特定浓度的钛源与调节剂混合，在强碱条件下，制备出形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒，实现了对钛酸锶颗形貌与粒度的同时调控，有利于减小SrTiO3禁带宽度；此外，形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3粒径D50<260nm，进一步小于100nm，呈现纳米效应，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的纳米十八面体SrTiO3放大12000倍的SEM图。
图2是本发明实施例1制备的纳米十八面体SrTiO3放大65000倍的SEM图。
图3是本发明实施例1制备的纳米十八面体SrTiO3放大180000倍的SEM图。
图4是本发明实施例1制备的纳米十八面体SrTiO3的XRD图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种纳米十八面体SrTiO3的制备方法，包括：
（1）将TiCl4（纯度99%）逐滴添加到含有调节剂的20mL去离子中，调节剂为油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的混合溶剂，并在冰浴中冷却，搅拌10min后加入30mL碱溶液和浓度为1.2mol/L的SrCl2·6H2O（99.5%）的水溶液，得到pH为14的混合溶液；
碱溶液为浓度为3mol/L的NaOH溶液，混合溶液中TiCl4的浓度为1.2mol/L，SrCl2·6H2O的浓度为1.2mol/L，以混合溶液的质量为100%计，油酸的含量为0.5%，硬脂酸的含量为0.1%，乙二醇的含量为2%，1,2-丙二醇的含量为2%；
（2）将步骤（1）所述混合溶液搅拌30min，然后转移到100mL聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜中，随后，将高压釜至于均相反应器中，在200℃下水热反应40h，升温速率为2.5℃/min；
（3）将步骤（2）水热反应后得到的产物以1.0℃/min的速率降温至室温，离心分离得到沉淀物，并用水和乙醇交替洗涤5次，然后在80℃/min下干燥6 h，得到纳米十八面体SrTiO3。
本实施例制备得到的纳米十八面体SrTiO3在不同倍数下的SEM图分布如图1、图2和图3所示，从图1-3可知，本发明制备得到的纳米十八面体SrTiO3形貌规则，分散性良好，粒径分布均匀，无大块团聚和微粉，具有良好的形貌特征和粒径分布。图4为本实施例制备得到的纳米十八面体SrTiO3的XRD图，图谱峰位一一对应，说明本实施例成功制备得到纯度较高的SrTiO3。
实施例2
本实施例提供了一种纳米十八面体SrTiO3的制备方法，包括：
（1）将TiCl4（纯度99%）逐滴添加到含有调节剂的20mL去离子中，调节剂为油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的混合溶剂，并在冰浴中冷却，搅拌10min后加入30mL碱溶液和浓度为0.2mol/L的SrCl2·6H2O（99.5%）的水溶液，得到pH为14的混合溶液；
碱溶液为浓度为3mol/L的NaOH溶液，混合溶液中TiCl4的浓度为2.0mol/L，SrCl2·6H2O的浓度为2.0mol/L，以混合溶液的质量为100%计，油酸的含量为1%，硬脂酸的含量为0.05%，乙二醇的含量为3%，1,2-丙二醇的含量为1%；
（2）将步骤（1）所述混合溶液搅拌30min，然后转移到100mL聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜中，随后，将高压釜至于均相反应器中，在220℃下水热反应24h，升温速率为5℃/min；
（3）将步骤（2）水热反应后得到的产物以1℃/min的速率降温至室温，离心分离得到沉淀物，并用水和乙醇交替洗涤5次，然后在80℃/min下干燥6h，得到纳米十八面体SrTiO3。
实施例3
本实施例提供了一种纳米十八面体SrTiO3的制备方法，包括：
（1）将TiCl4（纯度99%）逐滴添加到含有调节剂的20mL去离子中，调节剂为油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的混合溶剂，并在冰浴中冷却，搅拌10min后加入30mL碱溶液和浓度为0.2mol/L的SrCl2·6H2O（99.5%）的水溶液，得到pH为14的混合溶液；
碱溶液为浓度为2mol/L的NaOH溶液，混合溶液中TiCl4的浓度为2.0 mol/L，SrCl2·6H2O的浓度为2.4 mol/L，以混合溶液的质量为100%计，油酸的含量为0.2%，硬脂酸的含量为0.2%，乙二醇的含量为1%，1,2-丙二醇的含量为3%；
（2）将步骤（1）所述混合溶液搅拌30min，然后转移到100mL聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜中，随后，将高压釜至于均相反应器中，在180℃下水热反应80h，升温速率为2℃/min；
（3）将步骤（2）水热反应后得到的产物以2℃/min的速率降温至室温，离心分离得到沉淀物，并用水和乙醇交替洗涤5次，然后在80℃/min下干燥6h，得到纳米十八面体SrTiO3。
实施例4
除调节剂替换为油酸和乙二醇外，其余均与实施例1相同。
实施例5
除调节剂替换为乙二醇外，其余均与实施例1相同。
实施例6
除调节剂替换为油酸外，其余均与实施例1相同。
实施例7
除调节剂中油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的含量替换为：油酸的含量为2%，硬脂酸的含量为0.5%，乙二醇的含量为1.1%，1,2-丙二醇的含量为1%外，其余均与实施例1相同。
实施例8
除调节剂中油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的含量替换为：油酸的含量为0.2%，硬脂酸的含量为0.1%，乙二醇的含量为0.1%，1,2-丙二醇的含量为4.2%外，其余均与实施例1相同。
实施例9
除水热反应后的降温速率替换为0.5℃/min外，其余均与实施例1相同。
实施例10
除将水热反应后的降温速率替换为10℃/min外，其余均与实施例1相同。
对比例1
除混合溶液中TiCl4的浓度为3.0 mol/L外，其余均与实施例1相同。
对比例2
除混合溶液中TiCl4的浓度为0.5mol/L外，其余均与实施例1相同。
对比例3
除混合溶液中SrCl2·6H2O的浓度为2.8mol/L外，其余均与实施例1相同。
对比例4
除混合溶液中SrCl2·6H2O的浓度为0.2mol/L外，其余均与实施例1相同。
性能测试
一、粒径D50测试：将本发明实施例和对比例中制备的钛酸锶分散于水中，质量分数为0.5wt.%，超声分散30min，在粒径分析仪（Mastersizer 2000，英国马尔文公司）中对分散液进行粒度测试。
二、催化性能测试：在全波段光照条件下进行了光沉积实验，作为评价光催化剂的探针反应。首先，将0.1g本发明实施例和对比例中制备的SrTiO3分散在100mL蒸馏水中，并进行短暂的超声处理（20min），得到SrTiO3的分散液。然后，制备浓度为2mg mL的Co（NO3）2·6H2O水溶液（AR，Macklin Inc.，中国），其次，通过磁力搅拌将2mL Co（NO3）2水溶液添加到SrTiO3的分散液中，并用氙灯（300 W，全弧；MC-SCI Inc.，中国）照射所得混合物5min，然后在热水浴上加热混合物直至干燥。对样品进行XPS测试，检测Co2+与Co3+的含量，计算Co3+在所有Co元素中的占比，评估SrTiO3的光氧化能力，即光催化性能，测试结果如表1所示。
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通过实施例1与实施例4-6的对比可知，本发明中采用油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇混合使用作为形貌的调节剂能够进一步提升纳米十八面体钛酸锶颗粒的光催化性能，四者之间协同作用复合调节，能够提高纳米颗粒的分散性，调节醇和颗粒表面的相互作用，防止一种调节剂单独使用时浓度和调节剂种类难以配合，导致颗粒分布不均的问题，制备得到更规则的、粒径分布更加均一的纳米十八面体SrTiO3；因此，实施例4中采用一种脂肪酸和一种醇配合使用，实施例5和实施例6单独使用脂肪酸或醇，无法得到规则十八面体颗粒，性能均有所下降，与实施例4-6相比，实施例1具有更好的光催化性能。
通过实施例1与实施例7-8对比可知，本发明中采用合适含量和种类的调节剂能够实现对规则的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒的暴露晶面与尺寸大小的精准调控，进一步提高材料的分散性，优化材料的形貌和尺寸；实施例7-8与实施例1所用的调节剂总量相同，但是调节剂中各溶剂含量超出合适的范围，光催化性能略有下降，因此，与实施例7-8相比，实施例1的光催化性能更好。
通过实施例1和实施例9-10的对比可知，本发明中水热反应后的降温速率会影响制备得到的纳米十八面体SrTiO3的颗粒形貌与粒径，进而影响光催化性能；实施例9中当水热反应后的降温速率偏低时，会导致颗粒形貌不规则，实施例10中当水热反应后的降温速率偏高时，会导致颗粒粒径变大；因此，实施例1制备得到的SrTiO3具有更好的光催化性能。
通过实施例1与对比例1-4的对比可知，本发明中采用一定含量与浓度的钛源和锶源，特定的调节剂和碱性水热环境，能够，制备出形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒，同时调控SrTiO3的形貌与粒度，提高材料的光催化效率。对比例1和对比例3中钛源和锶源的浓度偏大，会导致颗粒形貌变差，并发生团聚，对比例2和对比例4中钛源和锶源的浓度偏小，会导致单晶颗粒粒径变大，因此，与实施例1相比，对比例1-4制备得到的SrTiO3形貌不规整，粒径更大，光催化性能显著下降。
综上，本发明采用产品纯度与化学均一性强的一步水热法，将特定浓度的锶源和特定浓度的钛源与调节剂混合，在强碱条件下，制备出形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3单晶颗粒，实现了对钛酸锶颗形貌与粒度的同时调控，有利于减小SrTiO3禁带宽度；此外，形貌规则、粒径分布较窄的纳米十八面体SrTiO3粒径D50<260nm，进一步小于100nm，呈现纳米效应，优化了光电子与空穴分离效率，提高了光催化效率。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米十八面体SrTiO3的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将钛源、锶源、碱溶液和调节剂混合，得到混合溶液，进行水热反应，得到纳米十八面体SrTiO3；
所述混合溶液中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述调节剂包括脂肪酸和/或醇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛源中的Ti和所述锶源中的Sr的摩尔比为1:(0.9~1.1)；
所述锶源包括Sr(OH)2和/或SrCl2；
所述钛源包括TiO2和/或TiCl4。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述调节剂中的脂肪酸包括油酸和/或硬脂酸；
所述调节剂中的醇包括乙二醇和/或1,2-丙二醇；
以所述混合溶液的质量为100%计，所述油酸的含量为0~1%；
以所述混合溶液的质量为100%计，所述硬脂酸的含量为0~0.2%；
以所述混合溶液的质量为100%计，所述乙二醇的含量为0~4%；
以所述混合溶液的质量为100%计，所述1,2-丙二醇的含量为0~4%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述调节剂为油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的混合溶剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为1~3mol/L；
所述碱溶液中的碱包括NaOH和/或LiOH；
所述混合溶液的pH为10~14。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合按照以下步骤进行：
将钛源逐滴添加到调节剂中，在冰浴中冷却，搅拌后加入碱溶液和锶源，得到混合溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180~220℃；
所述水热反应的时间为24~92h；
所述水热反应的升温速率为1~5℃/min；
所述水热反应后，还进行降温、离心、洗涤和干燥的操作；
所述降温的速率为1~5℃/min；
所述洗涤的溶剂包括水和/或乙醇；
所述干燥的温度为75~85℃/min，所述干燥的时间为5~7h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
（1）将钛源逐滴添加到调节剂中，所述调节剂包括脂肪酸和/或醇，所述脂肪酸包括油酸和/或硬脂酸，所述醇包括乙二醇和/或1,2-丙二醇，并在冰浴中冷却，搅拌后加入碱溶液和锶源，所述碱溶液的浓度为1~3mol/L，所述混合溶液中钛源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述混合溶液中锶源的浓度为1.0~2.4mol/L，所述钛源中的Ti和所述锶源中的Sr的摩尔比为1:(0.9~1.1)，得到pH为10~14的混合溶液，以所述混合溶液的质量为100%计，所述油酸的含量为0~1%，所述硬脂酸的含量为0~0.2%，所述乙二醇的含量为0~4%，所述1,2-丙二醇的含量为0~4%，且所述油酸、硬脂酸、乙二醇和1,2-丙二醇的含量不同时为0%；
（2）将所述混合溶液搅拌后进行水热反应，所述水热反应的温度为180~220℃，时间为24~92h，升温速率为1~5℃/min；
（3）将所述水热反应后得到的产物以1~5℃/min的速率降温至室温，离心后用水和/或乙醇洗涤，在75~85℃/min下干燥5~7h，得到纳米十八面体SrTiO3。
9.一种纳米十八面体SrTiO3，其特征在于，所述纳米十八面体SrTiO3采用根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到，所述纳米十八面体SrTiO3的粒径D50小于260nm。
10.一种根据权利要求9所述的纳米十八面体SrTiO3在光催化领域的应用。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115318314A (zh) * 2022-08-24 2022-11-11 中国科学院过程工程研究所 一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途
CN115627092A (zh) * 2022-12-09 2023-01-20 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种水性涂料及其制备方法
CN115893483A (zh) * 2023-01-03 2023-04-04 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种中空笼状十八面体SrTiO3及其制备方法和应用
CN116239078A (zh) * 2023-05-10 2023-06-09 中国科学院过程工程研究所 一种光解水制氢装置及方法
CN116875127A (zh) * 2023-07-17 2023-10-13 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用
CN117361612A (zh) * 2022-12-27 2024-01-09 中国科学院过程工程研究所 一种迷宫型多级孔结构钛酸锶及其制备方法与应用
CN116875127B (zh) * 2023-07-17 2024-05-31 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105727922A (zh) * 2016-03-24 2016-07-06 浙江大学 一种Li掺杂SrTiO3十八面体纳米颗粒的制备方法及产物
CN111434379A (zh) * 2019-01-11 2020-07-21 北京化工大学 一种油溶性单分散纳米二氧化铈催化剂、制备方法及应用
CN113968591A (zh) * 2021-11-17 2022-01-25 青岛科技大学 一种制备多孔中空单晶钛酸锶的方法
CN113967476A (zh) * 2021-11-22 2022-01-25 北京化工大学 一种钙钛矿负载钴高效催化剂、制备方法以及甲烷部分氧化制备甲醇的方法
WO2022070785A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 サカタインクス株式会社 チタン酸ストロンチウム微粒子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105727922A (zh) * 2016-03-24 2016-07-06 浙江大学 一种Li掺杂SrTiO3十八面体纳米颗粒的制备方法及产物
CN111434379A (zh) * 2019-01-11 2020-07-21 北京化工大学 一种油溶性单分散纳米二氧化铈催化剂、制备方法及应用
WO2022070785A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 サカタインクス株式会社 チタン酸ストロンチウム微粒子
CN113968591A (zh) * 2021-11-17 2022-01-25 青岛科技大学 一种制备多孔中空单晶钛酸锶的方法
CN113967476A (zh) * 2021-11-22 2022-01-25 北京化工大学 一种钙钛矿负载钴高效催化剂、制备方法以及甲烷部分氧化制备甲醇的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张娜等: "油酸辅助水热合成纳米钛酸锶的性能调控与表征", 《过程工程学报》 *
董灵庆: ""SrTiO3纳米晶多面体可控生长及其生物学行为研究"", 《中国优秀博士学位论文全文库工程科技I辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115318314A (zh) * 2022-08-24 2022-11-11 中国科学院过程工程研究所 一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途
CN115627092A (zh) * 2022-12-09 2023-01-20 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种水性涂料及其制备方法
CN117361612A (zh) * 2022-12-27 2024-01-09 中国科学院过程工程研究所 一种迷宫型多级孔结构钛酸锶及其制备方法与应用
CN115893483A (zh) * 2023-01-03 2023-04-04 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种中空笼状十八面体SrTiO3及其制备方法和应用
CN115893483B (zh) * 2023-01-03 2024-02-13 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种中空笼状十八面体SrTiO3及其制备方法和应用
CN116239078A (zh) * 2023-05-10 2023-06-09 中国科学院过程工程研究所 一种光解水制氢装置及方法
CN116239078B (zh) * 2023-05-10 2023-08-22 中国科学院过程工程研究所 一种光解水制氢装置及方法
US11975967B1 (en) 2023-05-10 2024-05-07 Institute Of Process Engineering, Chinese Academy Of Sciences Device for hydrogen production from water photolysis and method therefor
CN116875127A (zh) * 2023-07-17 2023-10-13 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用
CN116875127B (zh) * 2023-07-17 2024-05-31 优美特（北京）环境材料科技股份公司 一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用

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