[发明专利]一种钛酸锰纳米片材料的制备方法及应用

说明书

一种钛酸锰纳米片材料的制备方法及应用，一种纳米材料的制备方法及应用。是要解决现有方法制备的钛酸锰粒径大，表面活性位少的问题。方法：一、将锰盐和钛盐均溶解于去离子水中，得到锰盐和钛盐溶液；二、将有机碱溶解于锰盐和钛盐溶液中；三、将苛性碱溶解于去离子水中形成苛性碱溶液，再将苛性碱溶液加入锰盐和钛盐溶液中，反应生成氢氧化锰钛前驱体；四、将氢氧化锰钛前驱体转移入水热釜中，加热得到不同形貌的钛酸锰纳米片材料；五、将钛酸锰纳米片材料洗涤、烘干后，即得成品。本方法制备的材料颗粒和粒径都比较均匀，比表面积较大，表面活性中心丰富。本发明用于纳米材料领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法及应用。

背景技术

钙钛矿结构的半导体金属氧化物因具有结构稳定、环境友好、安全性高等普遍特性，目前被广泛应用于工业生产中。而其具有的其他特殊特性，如吸光性能强、容量大、循环寿命长等，使得其能被应用于光催化、电极材料、电池材料的研制领域中。

在钙钛矿结构中的天然金属元素绝大多数都是稳定的，新的多组分钙钛矿型复合氧化物能够通过取代或掺杂位来形成，因而具有稳定的物理化学性能。其中钛酸锰(MnTiO₃)作为钙钛矿家族中普遍应用的一类，具备制备原料易得、安全无毒、环境友好、带隙适中、光催化能力强、表面金属活性位多等特征，可以用其实现多种光催化及其他水处理用途，如光解水制氢、光催化杀菌、光催化降解污染物等。此外由于钛酸锰表面具有丰富的金属活性中心，表面羟基以及表面强路易斯酸位等活性点位，同时也可以应用于各种高级氧化水处理过程，例如臭氧催化氧化、非均相类芬顿等水处理过程中，具有巨大经济效应和社会效益。

在现有技术中，大多数合成的钛酸锰都通过高温煅烧法制得，粒径大，易烧结，表面活性位少，且耗能巨大。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的钛酸锰粒径大，表面活性位少的问题，提供一种钛酸锰纳米片材料的制备方法及应用。

本发明钛酸锰纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

一、将锰盐和钛盐均溶解于去离子水中，得到锰盐和钛盐溶液；

二、然后将有机碱溶解于步骤一得到的锰盐和钛盐溶液中，作为形貌控制剂；

三、将苛性碱溶解于去离子水中作为沉淀剂，再加入锰盐和钛盐溶液中，反应生成氢氧化锰钛前驱体；

四、将步骤三获得的氢氧化锰钛前驱体转移入水热釜中，在100-220℃下加热5-15h后，得到不同形貌的钛酸锰纳米片材料；

五、将钛酸锰纳米片材料洗涤、烘干后，即得成品。

进一步的，步骤一所述钛盐钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、硫酸氧钛、六氟钛酸、氟钛酸钾、氟钛酸铵、钛酸四乙酯、四氯化钛、硫酸钛、三氯化钛或草酸钛钾，锰盐和钛盐溶液中钛浓度为5mmol/L-20mmol/L。其中优选为硫酸钛，钛浓度优选为10mmol/L。

进一步的，步骤一所述锰盐为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰或醋酸锰，锰盐和钛盐溶液中锰浓度为5mmol/L-20mmol/L。其中优选为硫酸锰，锰浓度优选为10mmol/L。

进一步的，步骤二中所述的有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，锰盐和钛盐溶液中有机碱浓度为1mmol/L-8mmol/L。其中优选为四甲基氢氧化铵，浓度优选为4mmol/L。

进一步的，步骤三中所述的苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾，锰盐和钛盐溶液中苛性碱的终浓度为1mol/L-5mol/L。其中优选为氢氧化钾，浓度优选为1mol/L。

进一步的，步骤四中钛酸锰纳米片材料的形貌为无规则形、太阳形、六边形或圆形。

进一步的，步骤五中在洗涤之前还将钛酸锰纳米片材料进行重力沉淀或离心，得到沉淀物。