水溶性钽酸钠量子点的低成本制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性钽酸钠量子点的低成本制备方法。首先利用柠檬酸等水溶性多官能团表面活性剂对钽的络合能力，在五氯化钽水解过程中实现钽离子与表面活性剂的络合，获得制备钽酸钠的前驱体；然后以前驱体为原料，采用水热法，制备钽酸钠量子点。由于本发明专利技术所制备的前驱体由钽离子与水溶性表面活性剂络合而成，因而在水中具有较好的溶解性和分散性，有利于快速成核，同时，水溶性表面活性剂的存在可以抑制钽酸钠晶体的快速生长，并防止团聚的发生，从而有利于获得10纳米以下的水溶性钽酸钠量子点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种。首先利用柠檬酸等水溶性多官能团表面活性剂对钽的络合能力，在五氯化钽水解过程中实现钽离子与表面活性剂的络合，获得制备钽酸钠的前驱体；然后以前驱体为原料，采用水热法，制备钽酸钠量子点。由于本专利技术所制备的前驱体由钽离子与水溶性表面活性剂络合而成，因而在水中具有较好的溶解性和分散性，有利于快速成核，同时，水溶性表面活性剂的存在可以抑制钽酸钠晶体的快速生长，并防止团聚的发生，从而有利于获得10纳米以下的水溶性钽酸钠量子点。【专利说明】
本专利技术涉及一种。 技术背景 钙钛矿型氧化物因具有类似于天然钙钛矿（CaTi03)的独特的晶体结构而得名。 研究表明，钙钛矿型氧化物作为一种多功能电子陶瓷材料，在燃料电池、电解质、传感器、光 催化等领域中有着十分重要的应用价值。钽酸钠是一种特殊的钙钛矿型氧化物半导体材 料。其禁带宽度达到了 4. OeV，具有出色的紫外光敏感特性，钽酸钠在紫外光照射下的活性 是已知钽酸盐中最强的。因而，钽酸钠在紫外光催化制氢、紫外光探测、污染物的光催化降 解等领域有着独特的应用。 钙钛矿型钽酸钠晶体材料的制备方法主要有高温烧结法和湿化学方法。高温烧结 虽然可以获得晶型可控的具有较好结晶度的体相材料，但是反应温度往往超过l〇〇〇°C，过 程能耗高。为了降低反应能耗，科学家们发展了一系列湿化学方法来制备钽酸钠。这些方 法包括：溶胶-凝胶法、共沉淀法、水/溶剂热法、喷雾裂解法等。在这些方法中，反应温度 在160_220°C之间的水/溶剂热法由于较好的地兼顾了反应能耗与产物晶体结构，受到了 广泛的关注与研究。然而，纵观所有水/溶剂热法制备的钽酸钠材料，其晶体大小为200nm， 甚至更大。仅仅有一例研究报道了 IOnm以下钙钛矿型钽酸钠材料的制备，但是从其报道的 透射电镜照片可以看到，粒子的团聚还是比较严重，而且该研究用作为前驱体的金属钽的 有机醇盐价格昂贵，并不能达到有效降低材料制备成本的目的。 众所周知，在光催化、光敏等应用领域，微观上都要涉及到光照射后材料中电子的 激发、迁移、收集过程，材料的表面积越大，往往能够提供更多的电子迁移的通道，对于宏观 性能的提高有着十分明显帮助，这也是量子点类材料在过去十多年中广受关注的一个原 因。目前，粒径在IOnm以下的可良好分散的钽酸钠量子点的低成本制备尚未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种水溶性钽酸钠量子点的低成本制 备方法。 -种包括如下步骤： 1) 将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，获得透明溶液A，透明溶液A中Ta离子浓度为 0. 05-0. 5M 2) 将络合剂与去离子水混合，待络合剂完全溶解后，获得透明溶液B，透明溶液B中络 合剂的浓度为〇. 1-2. 0M; 3) 配置0. 02g/mL的NaOH水溶液C ; 4) 将6mL透明溶液B逐滴加入到7mL透明溶液A中，搅拌，获得混合溶液E ; 5) 向混合溶液E中逐滴加入NaOH水溶液C，搅拌，获得透明溶液D，控制NaOH水溶液C 的加入量，使透明溶液D的pH值为1. 5 ; 5) 将透明溶液D装入反应釜中进行水热反应，反应温度160-220°C，反应时间2-24小 时，冷却，静置，沉淀，过滤，洗涤，烘干，得到前驱体G ; 6) 将前驱体G、去离子水、钠源、稳定剂混合，搅拌，获得反应液F，装入反应釜中进行水 热反应，反应温度160-220°C，反应时间2-24小时，冷却，静置，离心，沉淀，将产物分散于水 中，得到水溶性钽酸钠量子点。 所述的络合剂为柠檬酸、甘氨酸、EDTA2Na、三乙酸甘油酯、戊二酸或吡啶二羧酸。 所述的钠源为NaOH、碳酸钠、碳酸氢钠或次氯酸钠。所述的稳定剂为丙三醇或乙二醇。所 述的反应液F中钠源的浓度为0. 5-2M。所述的反应液F中前驱体G的浓度为0. 005-0. 2g/ mL。反应液F中去离子水与稳定剂的体积比为1:1-9:1。 本专利技术从廉价的化学原料出发，采用两步水热法，第一步利用柠檬酸等水溶性多 官能团表面活性剂对钽的络合能力，在五氯化钽水解过程中实现钽离子与表面活性剂的络 合，获得制备钽酸钠的前驱体；第二部以前驱体为原料，制备钽酸钠量子点。由于该方法制 备前驱体由钽离子与水溶性表面活性剂络合而成，在水中具有较好的溶解性，一方面有利 于快速成核，另一方面，水溶性表面活性剂的存在可以抑制钽酸钠晶体的快速生长，大大提 高了产物粒径的可控性。产物量子点表面也带有水溶性表面活性剂，因而在水中具有较好 的分散性。 【专利附图】【附图说明】 图1是制备的水溶性钽酸钠量子点的透射电镜照片，图中粒子均匀分散，粒径不 超过10nm。 【具体实施方式】 通过如下实施例对本专利技术作进一步的详述： 实施例1 将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，获得Ta离子浓度为0. 05M透明溶液A ;配制柠檬 酸浓度为〇. IM的柠檬酸水溶液B，将6mL溶液B逐滴加入到7mL溶液A中，搅拌，获得混合 溶液E ;向E中逐滴加入0. 02g/mL的NaOH水溶液，获得pH为1. 5的透明溶液D，将溶液D 装入反应釜中进行水热反应，反应温度160°C，反应时间2小时，冷却，静置，沉淀，过滤，洗 涤，烘干，得到前驱体G ;将0. Ig前驱体G、IOmL去离子水、0. Olmol NaOH、IOmL乙二醇混合， 搅拌，获得反应液F，装入反应釜中进行水热反应，反应温度160°C，反应时间2时，冷却，静 置，离心，沉淀，将产物分散于水中，得到水溶性钽酸钠量子点。 实施例2 将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，获得Ta离子浓度为0. 5M透明溶液A ;配制柠檬 酸浓度为2. OM的柠檬酸水溶液B，将6mL溶液B逐滴加入到7mL溶液A中，搅拌，获得混合 溶液E ;向E中逐滴加入0. 02g/mL的NaOH水溶液，获得pH为1. 5的透明溶液D，将溶液D 装入反应釜中进行水热反应，反应温度220°C，反应时间24小时，冷却，静置，沉淀，过滤，洗 涤，烘干，得到前驱体G ;将4g前驱体G、18mL去离子水、0. 015mol碳酸钠、2mL乙二醇混合， 搅拌，获得反应液F，装入反应釜中进行水热反应，反应温度220°C，反应时间24时，冷却，静 置，离心，沉淀，将产物分散于水中，得到水溶性钽酸钠量子点。 实施例3 将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，获得Ta离子浓度为0. IM透明溶液A ;配制甘氨 酸浓度为I. OM的甘氨酸水溶液B，将6mL溶液B逐滴加入到7mL溶液A中，搅拌，获得混合 溶液E ;向E中逐滴加入0. 02g/mL的NaOH水溶液，获得pH为1. 5的透明溶液D，将溶液D 装入反应釜中进行水热反应，反应温度200°C，反应时间12小时，冷却，静置，沉淀，过滤，洗 涤，烘干，得到前驱体G ;将0. 2g前驱体G、12mL去离子水、0. 04mol碳酸氢钠、8mL丙三醇混 合，搅拌，获得反应液F，装入反应釜中进行水热反应，反应温度200°C，反应时间12时，冷 却，静置，离心，沉淀，将产物分散于水中，得到水溶性钽酸钠量子点。 实施例4 将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性钽酸钠量子点的低成本制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将TaCl5与无水乙醇混合，剧烈搅拌，获得透明溶液A，透明溶液A中Ta离子浓度为 0.05‑0.5M2）将络合剂与去离子水混合，待络合剂完全溶解后，获得透明溶液B，透明溶液B中络合剂的浓度为0.1‑2.0M；3）配置0.02g/mL的NaOH水溶液C；4）将6mL透明溶液B逐滴加入到7mL透明溶液A中，搅拌，获得混合溶液E；5）向混合溶液E中逐滴加入NaOH水溶液C，搅拌，获得透明溶液D，控制NaOH水溶液C的加入量，使透明溶液D的pH值为1.5；5）将透明溶液D装入反应釜中进行水热反应，反应温度160‑220℃，反应时间2‑24小时，冷却，静置，沉淀，过滤，洗涤，烘干，得到前驱体G；6）将前驱体G、去离子水、钠源、稳定剂混合，搅拌，获得反应液F，装入反应釜中进行水热反应，反应温度160‑220℃，反应时间2‑24小时，冷却，静置，离心，沉淀，将产物分散于水中，得到水溶性钽酸钠量子点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，郭冰，陈红征，汪茫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33