[发明专利]一种稀土掺杂BaTiO3纳米管阵列光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂BaTiO₃纳米管阵列光催化剂及其制备方法。该方法是使用双通多孔阳极氧化铝为模板，以硝酸银作为Ti(OC₄H₉)₄的稳定剂，制备稀土掺杂钛酸钡纳米管阵列。本发明利用钛酸钡的纳米管阵列结构拉长了电荷载流子的扩散路径，减少光生电子和空穴复合，同时利用稀土金属与钛酸钡复合，构建稀土掺杂BaTiO₃纳米管阵列异质光催化材料，提高光生电子‑空穴的分离效率。

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂BaTiO₃纳米管阵列光催化剂及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域和光催化技术领域。

背景技术

钛酸钡是一种典型的钙钛矿型铁电体，多年来BaTiO₃的应用研究主要集中于换能器、敏感元件和电容器等领域。对钛酸钡纳米材料的制备主要为纳米晶，另外还有钛酸钡纳米棒、薄膜等。近年来，人们发现BaTiO₃作为钙钛矿型氧化物也是一类光催化剂，在紫外光或可见光照射下同样能产生光生电子和光生空穴，这使其在光催化领域具有广泛的应用前景，钛酸钡在光催化领域的应用对其形貌提出了新的要求。纳米管阵列结构可以使电荷载流子扩散路径被拉长，克服了常规金属氧化物光生电子和空穴易发生复合的缺点。阳极氧化铝模板法是制备纳米管阵列的常用方法，但是这种方法受到模板的限域作用，离子在模板通道内扩散速率慢，路径长，反应时间长，反应时间过长容易导致模板变形、断裂，反应物发生水解。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种稀土掺杂BaTiO₃纳米管阵列光催化剂及其制备方法，对促进钛酸钡在光催化领域的应用具有重要意义。

实现本发明目的所采用的技术解决方案为：一种稀土掺杂BaTiO₃纳米管阵列光催化剂的制备方法，其步骤为：

a、将50-100nm孔径的阳极氧化铝模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化铝阻挡层，得到双通的多孔氧化铝模板；并将双通多孔氧化铝模板装入反应器中间，固定，模板将反应器隔离成两部分形成双室反应器；

b、在双室反应器的一侧按照一定的摩尔比加入Ti(OC₄H₉)₄和硝酸银溶液；在双室反应器的另一侧加入等浓度、等体积的硝酸钡溶液，然后在按照与硝酸钡一定的摩尔比加入稀土硝酸盐溶液，两侧溶液的pH值都控制在3-6；

c、在空气中静置4-10小时；取出模板后在红外灯下烘干，然后在马弗炉中以5℃每分钟的升温速率升至750℃保温1小时，进行退火处理；

d、用2mol/L的NaOH溶液除去产物中多余的氧化铝模板后得稀土掺杂钛酸钡纳米管阵列。

其中，步骤b所述的Ti(OC₄H₉)₄和硝酸钡溶液的浓度为0.01-0.1M，硝酸银溶液与Ti(OC₄H₉)₄溶液的摩尔比为1:10；稀土硝酸盐与硝酸钡的摩尔比为 (0.1-1.0):10。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明以双通的有序多孔氧化铝为模板，将双通多孔氧化铝模板竖直插入到反应器中央并固定，使模板将反应器隔离成相等的两部分形成双向反应器，保证两侧的反应物只通过双通多孔氧化铝模板相互扩散；在双室反应器两侧分别通入Ti(OC₄H₉)₄和硝酸钡，在较短的时间内实现了离子在模板孔道内的相互扩散，防止了氧化铝模板坍塌、断裂。以硝酸银作为稳定剂，加入Ti(OC₄H₉)₄溶液，延迟凝胶化时间，得到长期稳定的溶胶，确保反应结束前Ti(OC₄H₉)₄以溶胶的形式存在。