一种具有高比表面积的钛酸锶纳米片的水热制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法。

背景技术

近年来，作为利用太阳能最重要的半导体光催化技术因为其环境友好和资源节约等优点引起了广泛关注。在半导体光催化过程中，光催化剂是其核心，因此，合成具有高光催化性能的纳米材料成为该领域的研究热点。

迄今为止，大量的纳米结构材料，如纳米颗粒、纳米棒、纳米线、和纳米管等，因为其化学性能随着其尺寸减小到纳米级而得到显著提高，已经被大量地用作光催化剂。最近，随着石墨烯等二维材料的发现，二维纳米结构由于其应用涉及从催化剂到能量转化和信息存储等方面引起广泛关注。目前，MoS

钛酸锶是典型ABO

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种具有高比表面积铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备，合成的材料在可见光照射下光催化效果较好。本发明中，以乙二醇为封盖剂，利用乙二醇分子结构中的两个氢键能够定向吸附在钛酸锶晶体的特定(110)晶面，同时在制备的过程中掺杂过渡金属元素铬，制备得到具有高比表面积的钛酸锶纳米片。该制备方法得到的钛酸锶对光催化性能及其他相关特性有着明显的优化和促进作用。迄今为止，具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片尚未见公开报道。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种具有高比表面积的钛酸锶纳米片的水热制备方法，如图1所示，步骤如下：

步骤一、将一定量的钛酸正丁酯溶解到适量的乙二醇单甲醚溶液中得到混合溶液A，其中，钛酸正丁酯的摩尔浓度为0.1-0.4mol/L，钛酸正丁酯与乙二醇单甲醚溶液的质量体积比为0.085g/mL；在搅拌的状态下，加入氨水与该混合溶液A反应，氨水与混合溶液A的体积比为1:10，反应完成后得到沉淀；

步骤二、过滤并用去离子水洗涤上述得到的沉淀；

步骤三、将上述沉淀、锶盐的前驱物、金属铬的前驱物、氢氧化钠与乙二醇溶液混合均匀，得到混合溶液B，其中，锶盐的前驱物：金属铬的前驱物：乙二醇：氢氧化钠：沉淀的摩尔比为0.9-1.1：0.006-0.03：2-5：3-6：1；

步骤四、将混合溶液B密封在水热釜中，在180℃-220℃下反应8-16h，反应后的产物经清洗去除过量反应物和副产物，经烘干得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

进一步讲，本发明所述的钛酸锶纳米片的水热制备方法，步骤二中，用去离子水洗涤沉淀的次数为6次。

步骤三中，所述锶盐的前驱物为硝酸化物；所述金属铬前驱物为水合物的硝酸铬；所述金属铬前驱物中铬的质量为钛酸正丁酯质量的0.6～3％。

步骤四中，反应温度为200℃；对反应后的产物经去离子水清洗3次；烘干温度为80～120℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明水热法制备具有高比表面积铬掺杂钛酸锶纳米片，利用过渡金属Cr掺杂提高了该类材料在可见光照射下的光催化性能，且可优化掺杂量，达到最佳效果。

附图说明

图1为本发明所述的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的场发射扫描电镜(SEM)照片；

图3为本发明实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的场发射透射电镜(TEM)照片；

图4为本发明实施例1-5中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片和对比例制备的纯钛酸锶纳米片的X射线衍射(XRD)照片；

图5为实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的氮气吸附-脱附等温线和其对应的介孔尺寸分布曲线；

图6为本发明实施例1-5中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的和对比例制备的纯钛酸锶纳米片的光催化还原Cr(VI)的实验及其相应的动力学曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1、具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法，如图1所示，首先，将1.706g的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶、0.012g九水合硝酸铬和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

实施例2、具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法，首先，将1.706g的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶、0.024g九水合硝酸铬和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

实施例3、具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法，首先，将1.7058的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶、0.036g九水合硝酸铬和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

图2为实施例3制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的扫描电镜(SEM)照片。

图3为实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的场发射透射电镜(TEM)照片。

图5为实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的氮气吸附-脱附等温线和其对应的介孔尺寸分布曲线照片。

实施例4、具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法，首先，将1.7058的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶、0.048g九水合硝酸铬和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

实施例5、具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的水热制备方法，首先，将1.7058的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶、0.06g九水合硝酸铬和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片。

对比例、纯钛酸锶纳米片的水热制备方法，首先，将1.7058的钛酸正丁酯加入到20mL的乙二醇单甲醚溶液中；在搅拌的状态下，加入2mL氨水；去离子水洗涤沉淀6遍，去除副产物。然后，将上述沉淀分散在40mL的乙二醇溶液中并加入1.058g的硝酸锶和0.8g氢氧化钠；待分散均匀，放到水热釜中加热，加热温度为200℃，并在此温度保持12h，冷却至室温，取出样品，用蒸馏水洗三次，烘干，即得到纯钛酸锶纳米片。

下面结合本发明附图对各实施例的产品制备过程和产品特性作进一步说明：

图2为本发明实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的场发射扫描电镜(SEM)照片。在水热条件下，钛酸锶先析出形成大量的晶种颗粒；这些小晶种颗粒定向聚集；最后，随着钛酸锶晶体的逐渐生长，形成了如图2所示的钛酸锶纳米片。从图2可以看出，铬掺杂钛酸锶纳米片的表面比较粗糙，边缘是无规则的结构，并且纳米片看起来是由纳米晶颗粒自组装形成，平面长度大概在100nm左右，厚度大概是20nm左右。

图3的a)和b)分别为本发明实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的场发射透射电镜(TEM)照片。从图3的a)内部的选区电子衍射的插图可以看出，我们所制备的铬掺杂钛酸锶纳米片表现为多晶结构。如图的3b)所示，铬掺杂钛酸锶纳米片边缘的TEM图可以看到CrSTO纳米片晶格间距分布相对均匀，晶格间距为0.28nm和0.23nm，分别对应钙钛矿钛酸锶的(110)晶面和(111)晶面，(JCPDS NO.35-0734)。

图4的a)和b)分别为本发明实施例1-5中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片和对比例制备的纯钛酸锶纳米片的X射线衍射(XRD)照片。从XRD图可以看出，从图4的a)可以看出，所有样品的特征峰均符合立方钙钛矿钛酸锶的结构，这表明铬掺杂并不改变钛酸锶的晶体结构。从图4的b)可以看出，随着铬掺杂量的增加，(110)衍射峰的位置向更高的2θ值方向移动，这可能是由于铬离子的半径(0.0615nm)稍小于锶离子的半径(0.118nm)导致；反之，如果铬离子取代钛离子(0.0605nm)，(110)衍射峰的位置应该向更低的2θ值方向移动。所以，我们推测铬离子取代了钛酸锶晶格的锶离子。

图5的a)和b)分别为本发明实施例3中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片的氮气吸附-脱附等温线和其对应的介孔尺寸分布曲线照片。如图5的a)所示，根据IUPAC系统的分类标准，铬掺杂钛酸锶纳米片的物理吸附等温线属于典型的IUPAC系统IV型。在相对压力0.6

图6的a)和b)分别为本发明实施例1-5中制备的具有高比表面积的铬掺杂钛酸锶纳米片和对比例制备的纯钛酸锶纳米片的光催化还原Cr(VI)的实验及其相应的动力学曲线。称取30mg催化剂加入30mL 10mg/L K

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。