LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，以可溶性镧盐、钪盐、钽盐和不同燃烧辅助剂为原料，按照一定的摩尔配比，在醇水混合溶液中充分溶解，然后在一定温度下交联反应后，研磨使其充分混和均匀，然后通过高温煅烧形成前驱物，然后将前驱物在氨气下氮化高温处理，即得到LSTON粉末。本发明专利技术工艺简便易行，纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，适合批量生产；所制备的产品可以用于铁电、光电、光催化以及燃料电池等领域。

【技术实现步骤摘要】
LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法
本专利技术属于无机非金属材料的制备
，具体地说是涉及一种LST0N钙钛矿 型氮氧化物固溶体粉末的制备方法。
技术介绍
固溶体（solid solution)指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不 改变整个晶体的结构及对称性等。但微观结构上如结点的形状、大小可能随成分的变化而 改变。自然界矿物中广泛存在的离子或离子团之间的置换的化学现象，称为类质同像或固 溶体。类质同像是矿物结晶时，其晶体结构中一种位置被两种或两种以上的不同元素(或基 团）而形成混晶的现象，而固溶体是反映形成这种混晶的矿物结构。固溶体分为三种：替代 式固溶体、填隙式固溶体和缺位式固溶。固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而 连续变化，但一般都不是线性关系。因而在凝聚态物理、材料化学、工业催化等领域广泛被 关注。 钙钛矿是指一类具有特定晶体结构的氧化物，其分子通式为ABX3，此类化合物最 早被发现是存在于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTi03)化合物，因此而得名。由于此类化合物结 构上有许多特性，在凝聚态物理和化工催化方面应用及研究甚广，A位一般是稀土或碱土元 素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持 其晶体结构基本不变。 具有钙钛矿结构的氮氧化物固溶体（比如基于铌和钽的半导体材料）因为它们的 性质奇特而在近几十年得到了广泛的关注。钽基氮氧化物固溶体作为一种新型的高效光催 化剂也越来越得到人们的重视。LaSc a5Taa502N (A位置为La ;B位置为SCd.Jau ;X位置为 〇2N，缩写为LSTON)是一种重要的无铅类钙钛矿型铁电质材料。主要应用于光催化、染料颜 料、磁阻材料和电池材料等应用领域。由于LST0N是响应可见光谱(波长大于500 nm)的光 催化剂，近年来越来越受到人们的重视。传统的制备LST0N粉末的固相反应技术耗时较长 且需要高温条件，反应通常是在1000?1300°C下进行，从而限制了 LST0N粉末的生产。
技术实现思路
专利技术目的： 为了克服现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种工艺简单，目的产物收率高，制备成 本低，操作工艺简单，分散性好的LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法。 技术方案： 本专利技术是通过以下技术方案实施的： 一种LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在于：步骤如下：将可溶 性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂在醇水混合溶液中充分溶解后加热发生交联反应；然后研 磨交联生成物使充分混和均匀；再通过高温煅烧交联生成物，使其形成前驱物；前驱物在 氨气氛围下氮化高温处理，得到LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末。 所述可溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂的摩尔比为2 : 1 : 1 : 10?200。 所述可溶性镧盐为氯化镧（LaCl3*7H20)和硝酸镧（La(N0 3)3*6H20)中的一种。 所述可溶性钪盐为氯化钪（ScCl3)和硝酸钪（Sc(N03) 3*4H20)中的一种。 所述可溶性钽盐为五氯化钽（TaCl5)和五乙氧基钽（Ta(C2H 50)5)中的一种。 所述燃烧辅助剂为尿素、柠檬酸或草酸中的一种。 所述醇水混合溶液为甲醇、乙醇或乙二醇中的一种与水的混合溶液。 所述醇水混合溶液的醇和水按照体积比为1:1?1:100混合而成；交联反应温度 在50?400°C，交联反应时间为1?10 h。 所述高温煅烧交联产物的反应温度在400?800 °C，反应时间为4?24 h。 所述氮化高温处理温度在600?900°C，反应时间为4?48 h。 优点和效果： 本专利技术提供一种LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，具有如下优点和有 益效果： (1)本专利技术工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率。 (2)本专利技术制备的目的产物LST0N粉末，其纯度高，杂质含量低，分散性好，可满足 现代工业对LST0N粉末产品的要求。 【附图说明】 图1为本专利技术所制备的LST0N粉末的X射线衍射图； 图2为本专利技术所制备的LST0N粉末的紫外可见光谱图； 图3为本专利技术所制备的LST0N粉末的禁带宽度图； 图4为本专利技术所制备的LST0N粉末作为可见光催化剂的催化活性表征图。 【具体实施方式】 本专利技术提供一种LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，以可溶性镧 盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂为原料，原料按照一定的摩尔配比，在醇水混合溶液中充分溶 解，然后在一定温度下交联反应后，研磨使其充分混和均匀，然后通过高温煅烧交联产物， 使其形成前驱物，然后将前驱物在氨气下氮化高温处理，即得到LST0N粉末(钙钛矿型氮氧 化物固溶体LaS C(l.5TaQ.502N，缩写为LST0N)，其制备步骤是 ： (1)将可溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂按照一定的摩尔比称量后，放入在醇水混 合溶液中充分溶解，时间大于30分钟。 (2)将上述溶液，在50?400 °C，交联反应1?10 h，放入研钵中再次研磨细致， 研磨时间30分钟。 (3)将上述的交联产物混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，高温煅烧反应，反 应温度400?800 °C，反应时间为4?24 h。 (4)反应后，自然冷却至室温，在氨气氛围将其进行高温氮化处理，氮化温度为 600?900 °C，时间为4?48小时，即制得LST0N粉末。 所述可溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂的摩尔比为2 : 1 : 1 : 10?200。 所述可溶性镧盐为氯化镧（LaCl3*7H20)和硝酸镧（La (Ν03) 3·6Η20)中的一种或其混 合物。 所述可溶性钪盐为氯化钪（ScCl3)和硝酸钪（Sc(N03) 3*4H20)中的一种或其混合 物。 所述可溶性钽盐为五氯化钽（TaCl5)和五乙氧基钽（Ta(C2H 50)5)中的一种或其混 合物。 所述燃烧辅助剂为尿素、柠檬酸或草酸中的一种或其混合物。 所述醇水混合溶液为甲醇、乙醇或乙二醇中的一种或其混合物与水的混合溶液。 所述醇水混合溶液的醇和水按照体积比为1:1?1:100混合而成。 如图1至图4所示，本专利技术将制备所得的LST0N粉末进行XRD和紫外可见光谱分 析，其结果是，所得产品LST0N粉末的颜色是浅黄色(见参考图片）。所得产品LST0N粉末 XRD衍射花样是ABX 3型钙钛矿结构且结晶度很强（图1)。所得产品LST0N粉末的吸收边在 550 nm左右（图2)，禁带宽度约2.04 eV (图3)。且在可见光条件下，一定的催化辅助剂和 一定浓度牺牲剂的水溶液中，在可见光催化解水水产氢气的反应模型中有很高的催化活性 (图 4)。 下面结合具体实施例对本专利技术进行具体说明，但本专利技术的保护范围不受实施例的 限制： 实施例1 将硝酸镧、硝酸钪、五氯化钽和尿素按照摩尔比为2 :1 准确称量后放入甲醇水 溶液(体积比1:1)中搅拌溶解，时间大于30分钟。将该溶液，在50 °C，交联反应10 h。自 然冷却后将上述的交联产物混合物装入坩埚中后，放入箱式电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在于：步骤如下：将可溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂在醇水混合溶液中充分溶解后加热发生交联反应；然后研磨交联生成物使充分混和均匀；再通过高温煅烧交联生成物，使其形成前驱物；前驱物在氨气氛围下氮化高温处理，得到LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末。

【技术特征摘要】
1. 一种LSTON钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在于：步骤如下：将可 溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂在醇水混合溶液中充分溶解后加热发生交联反应；然后 研磨交联生成物使充分混和均匀；再通过高温煅烧交联生成物，使其形成前驱物；前驱物 在氨气氛围下氮化高温处理，得到LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末。2. 根据权利要求1所述的LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在 于：所述可溶性镧盐、钪盐、钽盐和燃烧辅助剂的摩尔比为2 : 1 : 1 : 10?200。3. 根据权利要求1所述的LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在 于：所述可溶性镧盐为氯化镧（LaCl3*7H 20)和硝酸镧（La(N03)3*6H20)中的一种。4. 根据权利要求1所述的LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法，其特征在 于：所述可溶性钪盐为氯化钪（ScCl3)和硝酸钪（Sc(N0 3)3*4H20)中的一种。5. 根据权利要求1所述的LST0N钙钛矿型氮氧化物固溶体粉末的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家胜，张杰，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21