[发明专利]一种制备二价金属钛酸盐微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属钛酸盐的制备方法。

背景技术

人类社会的发展日新月异，随着科学和技术的不断提升，新产品和新技术不断涌现，这些不仅给人们的生产生活提供了便利，还更好地促进了社会生产力的发展。新型材料作为产品、器件的核心组成部分越来越受到人们的重视。科学家和材料学家们想尽各种办法来试图得到廉价，稳定，高效的功能新材料。提高产品的实用性，降低产品价格，更好地为人们服务。在过去的几十年里，超级电容器，锂离子电池，太阳能电池，半导体光催化剂等新技术在能源和环境领域起到了巨大的推动作用。作为这些新技术和新器件的主体结构单元，无机纳米功能材料的研究倍受关注。过渡金属氧化物，二氧化钛，氧化锌，硫化物固溶体等一批高效稳定的纳米新材料被研究出来，并在相关领域发挥了巨大的作用。相比之下，钛酸盐功能由于其稳定的结构，合理的能带结构以及廉价的成本，近年来备受关注。目前已有诸如钛酸钾，钛酸钡，钛酸锶以及钛酸镧等钛酸盐材料被合成和制备出来，用于光解水产氢，光催化降解有机污染物，太阳能电池，压电陶瓷以及微电子器件。

钛酸盐一般为ABO₃型钙钛矿结构或A₂BO₄尖晶石结构，其制备方法相对较为复杂。主要方法为固相法和碱法，固相法即通过高温烧结的方法得到钛酸盐产品；碱法通过在无机前驱体中加入碱得到氢氧化钨前驱体然后热处理得到钛酸盐。然而这些传统方法制备的钛酸盐往往粒径较大、杂质(相)较多、比表面积较小、活性较差，且固相法一般需要较高的热处理温度和较长的反应时间，能耗非常大。碱法等由于产生强碱性的副产品不利于清洁生产，对环境影响较大，需要高温高压且设备复杂。同时这些方法一般都得到纳米粒子，不具有特定形貌，尺寸大小不一，杂质较多，这些都不利于材料的光电，压电等性能。

微球形貌材料由于其均匀的形貌，良好的分散性能，独特的光学性能倍受人们的重视。尤其是通过研究发现自然界中如蝴蝶翅膀等具有反蛋白石结构的材料都是由微球组装而成。因此微球材料将在光催化，光解水，染料敏化太阳能等领域有着十分重要的应用。所以，开发一种简单、通用的合成方法制备钛酸盐微球是一项十分有意义且具有挑战的工作。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的钛酸盐存在无法得到尺寸均匀的微球形貌，热处理温度高、热处理时间长和尺寸形貌不均等问题，而提供一种制备二价金属钛酸盐微球的方法。

一种制备二价金属钛酸盐微球的方法，是按以下步骤完成的：

一、配制二价金属乙酸盐醇溶液：在温度为25℃～35℃的条件下将二价金属乙酸盐溶解到醇溶剂中，得到金属离子摩尔浓度为0.0025mol/L～0.01mol/L的二价金属乙酸盐的醇溶液；

二、加入配体：在温度为25℃～35℃的条件下将配体加入到金属离子摩尔浓度为0.0025mol/L～0.01mol/L的二价金属乙酸盐的醇溶液中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min的条件下搅拌30min，得到二价金属乙酸盐和配体的混合醇溶液；

步骤二中所述的配体与金属离子摩尔浓度为0.0025mol/L～0.01mol/L的二价金属乙酸盐的醇溶液中二价金属乙酸盐的物质的量比为1:(0.5～2)；

三、加入钛源：在温度为25℃～35℃的条件下将钛源加入到二价金属乙酸盐和配体的混合醇溶液中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min的条件下搅拌1h～3h，即得到反应溶液；

步骤三中所述的钛源与二价金属乙酸盐和配体的混合醇溶液中二价金属乙酸盐的物质的量比为1:(0.5～2)；

四、溶剂热反应：在温度为25℃～35℃的条件下将反应溶液加入到聚四氟乙烯反应釜中，再将聚四氟乙烯反应釜密封，再将密封的聚四氟乙烯反应釜密釜放入到温度为140℃～200℃的干燥箱中加热10h～24h，得到含有二价金属钛酸盐微球前驱体的混合液；

五、离心分离及洗涤、干燥：将含有二价金属钛酸盐微球前驱体的混合液进行离心分离，得到二价金属钛酸盐微球前驱体；使用无水乙醇对二价金属钛酸盐微球前驱体洗涤2次～5次，然后在离心速度为3000r/min～4000r/min的条件下离心分离5min～30min，得到湿二价金属钛酸盐微球前驱体；将湿二价金属钛酸盐微球前驱体放入真空干燥箱中，在温度为30℃～70℃的条件下烘干5h～24h，得到二价金属钛酸盐微球前驱体；

六、焙烧：将二价金属钛酸盐微球前驱体在温度为400℃～1000℃的马弗炉中烧结1h～4h，得到二价金属钛酸盐微球。