[发明专利]一种稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法。称取预定量的钛酸铋钾原料以及稀土离子氧化物以及添加剂，置于强碱溶液中进行磁力搅拌，而后转移到水热反应釜中进行水热反应，本发明通过水热法制备出的Ag₂O修饰稀土掺杂的钛酸铋钾压电催化剂，制备工艺简便，本发明方法是通过水热法一步合成，只需控制相关反应条件，操作方法简单且成熟；结晶度好杂质少，通过水热法一步合成Ag₂O修饰稀土掺杂的钛酸铋钾，所制备出的掺杂后的钙钛矿陶瓷粉末的结晶度十分优异，杂质少；制备得到的钛酸铋钾纳米颗粒具有良好的压电催化性能。

技术领域

本发明属于低维纳米材料制备领域，特别涉及一种稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法。

背景技术

近年科研学者对钙钛矿结构材料的研究日益加深，成为了材料界冉冉升起的一颗明星，具有着无穷的魅力。在钙钛矿结构中由于存在一个宽容系数t，故其可以很好的掺杂入各类离子尺寸不同的元素引起畸变，而不改变典型的钙钛矿结构，在标准宽容系数范围的以外的才会变化晶体结构形成新的相。理想情况下，宽容系数t被定义为：

其中r_A、r_B、r_O分别表示A、B、O位离子的离子半径，t＝1时材料晶体结构为紧密堆积，理论上t的区间范围为0.9～1.1。

钛酸铋钾(K_0.5Bi_0.5TiO₃，简称BKT)是在钛酸铋钠之后发展起来的压电材料。在298K下，其晶体结构是四方钙钛矿，具有比钛酸铋钠(简称BNT)高的居里温度(Tc＝380℃)，因此很有希望成为新一代高温压电器件所用的压电陶瓷材料。

催化剂在生活中的应用是多方面的，比如水分解，原油裂解，污水处理，染料降解等。由于压电材料独特的压电性能在，在力的作用面上会产生正负电荷的积累。正电荷具有氧化的能力，负电荷具有了还原能力，这样压电材料在形变的情况下就具有了氧化还原的能力可以很好的运用于催化有机物的分解。简而言之，压电材料在外界机械振动下本身会发生受迫振动而产生形变进而在表面上形成正负电荷，对有机物进行分解。相比于光催化剂的广泛研究，人们对于掺杂稀土的压电催化剂的研究还需更进一步加强。因此本发明设计了一种新的制备工艺简便、结晶度好杂质少、具有良好的压电催化性能的稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法，本发明采用如下技术方案：

一种稀土掺杂纳米压电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(a)根据化学计量比称取预定量的钛酸铋钾原料、预定量的稀土离子氧化物以及预定量的添加剂，置于强碱溶液中进行磁力搅拌。

(b)将搅拌混合之后的悬浊液倒入到聚四氟乙烯反应釜内套中，将封闭好的反应釜内套置于不锈钢外套中，螺丝拧紧。

(c)将拧紧的整个水热反应釜置于烘箱中保温。

(d)将保温结束后样品放置于离心管中用离心机进行离心清洗。

(e)将离心清洗得到的样品烘干后得到催化剂。

作为优选，所述步骤(a)所用原料除铋源是硝酸盐外都是氧化物，所述添加剂为AgNO₃，其Ag元素质量百分比为：1％～3％，稀土离子氧化物掺杂的摩尔百分比为：0.01％-1％；所述强碱溶液为KOH溶液，其浓度为10mol/L～12mol/L。

作为优选，所述钛酸铋钾原料包括硝酸铋、氧化钛和碳酸钾，所述稀土离子氧化物包括氧化铒、氧化镱中的至少一种。