[发明专利]一种四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法及其制得的产品

说明书

本发明公开了一种四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法，包括以下步骤：将钛酸四正丁酯的乙醇溶液、硝酸钡的水溶液与缓冲液混合，经磁力搅拌、调节pH至11～13，得到呈悬浊液的碱性前驱体溶胶；该前驱体溶胶经过水热反应后，经冷却、洗涤、干燥，得到四方相钛酸钡粉体。本发明操作简单，制备的钛酸钡粉体无杂质纯度高，为无杂相的四方相结构，形貌呈现由立方体组装成的枝晶状，可应用于光催化、压电催化领域。

技术领域

本发明涉及陶瓷纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法及其制得的产品。

背景技术

工业化发展在取得巨大经济效应的同时也带来了众多环境污染问题。其中，纺织行业的染料废水每年就达到了7×10⁵吨，这些带有颜色的有机染料被释放到水体环境中能持续稳定较长时间，且能威胁水生生物生命安全，甚至能进入人体而对身体造成伤害。为了解决该类问题，以自由基等活性物质对染料进行降解的高级氧化过程被视为一重要手段，其中，光催化过程是以光为驱动而使光催化剂表面产生光生电子、空穴与水反应生成自由基降解染料的过程。光催化虽然取得了很大的进展，但仍存在一些太阳能利用效率低、光生载流子分离率低、黑暗无响应等棘手问题。压电催化过程则是以机械振动为驱动，有效避免了对光的依赖性。经机械振动后压电材料表面产生自由电子、空穴，并被压电势分离后能与水反应，产生活性自由基降解染料。此外，基于热释电材料的热释电效应而导致的催化过程也被视为降解染料的可行方案。

钛酸钡(BaTiO₃)作为一种宽带隙(3.1eV～3.3eV)铁电半导体，是一种良好的光催化剂，同时，作为一种典型的压电材料，四方相BaTiO₃的自发极化而具备独特的压电催化性能。然而，实际应用过程中，无论是光催化剂还是压电催化剂，在使用纳米粒径的催化剂粉体以达到高的降解效率时都面临着同一问题，即纳米催化剂的回收难问题。针对这一问题，已有人提出微纳状结构的催化剂，如枝晶状，该类微纳结构因既具备纳米结构的特点及性能，又具有微米尺度，被视为解决上述问题的关键手段。因此，制备枝晶状四方相钛酸钡对于提升光催化、压电催化性能以及解决催化剂回收问题至关重要。然而，现有技术制备的四方相钛酸钡多为团聚颗粒状，仍难以制备出枝晶状四方相钛酸钡颗粒。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法，以钛酸四正丁酯为原料制备溶胶态的钛源，制备出尺寸均匀、纯度高、四方相结晶度高、具有优异压电催化和光催化效果的三阶等继承组装枝晶颗粒。本发明的另一目的在于提供利用上述四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种四方相钛酸钡三阶等继承组装枝晶微纳结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照质量体积比钛酸四正丁酯∶无水乙醇∶硝酸钡∶去离子水＝3.3～3.5g∶5～7ml∶2.59～2.63g∶40～45ml；将钛酸四正丁酯溶解于无水乙醇中搅拌混合均匀，得到溶液A；将硝酸钡溶解于去离子水中，搅拌混合均匀，得到溶液B；

(2)按照质量体积比钛酸四正丁酯∶缓冲液＝3.3～3.5g∶5～10ml，将所述溶液A、溶液B与缓冲液混合搅拌均匀，得到溶胶体系，调节体系的pH值至11～13，得到碱性悬浊液；所述缓冲液为按照体积比无水乙醇∶水＝1∶4～9的组合液；

(3)将所述碱性悬浊液装入水热反应釜中，在180～200℃温度下保温9～36h进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，得到产物体系；

(4)将所述产物体系去除上清液后，经洗涤、干燥，得到呈三阶等继承组装枝晶微纳结构的四方相钛酸钡粉体。