一种钛酸锂镧铅-rGO的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸锂镧铅‑rGO的制备方法，本发明专利技术是要解决现有PbTiO3光吸收能力弱、光催化活性差的问题。包括以下步骤：(1)配置Ti(OC4H9)4、Pb(AC)2、Li(NO3)和La(NO3)3的混合溶液，(2)调控前驱体溶液的pH值后再与rGO混合，水热条件下获得钛酸锂镧铅‑rGO粉体。锂和镧共掺杂一定程度上增加了钛酸铅的光催化活性，钛酸锂镧铅的(010)晶面和rGO之间形成了异质结结构，本发明专利技术利用rGO良好的载流子输运特性促进光生电子和空穴的有效分离，从而提高钛酸铅的光催化性能，具有制备过程简单、合成周期短和成本低等优点。

A preparation method of lanthanum lead -rGO for lithium titanate

The invention discloses a preparation method of lithium titanate lead oxide rGO, which aims to solve the problem of poor absorption of light and poor photocatalytic activity of existing PbTiO3. The following steps are as follows: (1) a mixed solution of Ti (OC4H9) 4, Pb (AC) 2, Li (NO3) and La (NO3) 3), and (2) control the pH value of the precursor solution to be mixed with rGO, and the lanthanum lead rGO powder of lithium titanate is obtained under hydrothermal conditions. The co doping of lithium and lanthanum increases the photocatalytic activity of lead titanate. The structure of heterojunction is formed between (010) crystal surface and rGO of lanthanum lead titanate. The invention makes use of good carrier transport properties of rGO to promote the effective separation of photoelectron and hole, thus improving the photocatalytic performance of lead titanate, and the preparation process is simple. It has the advantages of short period of synthesis and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂镧铅-rGO的制备方法
本专利技术属于功能材料领域，涉及一种钛酸锂镧铅-rGO的制备方法。
技术介绍
钛酸铅(PbTiO3)是一种具有钙钛矿结构，居里温度约为490℃，但室温下自发极化较弱。如何改善其自发极化性，提高光生载流子的传输和分离效率是科研工作者一直努力的方向。因此许多学者通过对其进行改性以增强它的可见光响应能力，比如形成异质结、掺杂或沉积贵金属、掺杂稀土元素等方法进行改性。例如，专利CN105126809A中公开了一种钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结光催化剂的制备方法。CN104831256A中一种钛酸铅/二氧化钛二维单晶异质结可见光催化剂的制备方法。CN105664913A中公开了一种钛酸铅纳米颗粒/石墨烯复合催化剂的制备方法。Xiao等通过水热法制备了Zr4+掺杂的钛酸铅纳米纤维。Gong等制备了Er3+掺杂的钛酸铅纳米纤维和锆钛酸铅纳米纤维，表明合适的掺杂或复合异质组分能改善钛酸铅的光催化活性。然而制备光催化活性高、制备成本低的光催化剂仍有待于进一步开发。石墨烯是一种层状结构的二维碳材料，层内由碳原子通过sp2杂化组成。石墨烯具有良好的载流子输运能力，而且吸附能力强，使其成为制备良好良好的光催化剂载体材料，并能够有效促进光生载流子的分离效率。迄今为止，择优(010)晶体学面暴露的钛酸锂镧铅与rGO复合的钛酸锂镧铅-rGO的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道钛酸锂镧铅-rGO的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钛酸锂镧铅-rGO的制备方法，采用水热法进行两相复合，工艺流程较其它化学合成法简单，更易于实现工业化。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：步骤1，将Pb(NO3)2加入去离子水中，在30～50℃下搅拌至完全透明，采用NaOH溶液调控溶液的pH值至12～13，然后混合物在0℃下形成A液；步骤2，将Ti(OC4H9)4逐滴加入到乙醇溶液中，得到含沉淀物的前驱体；步骤3，将前驱体加入到A溶液中后，形成B液；步骤4，取一定量的Li(NO3)和La(NO3)3溶于去离子水中，配成C液，将C液逐滴加入到B液中形成D液，其中Li(NO3)与La(NO3)3的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Pb(NO3)2+Li(NO3)+La(NO3)3)的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Li(NO3)+La(NO3)3)摩尔比为1：(0～0.02)；步骤5，将rGO加入D液中，超声分散并搅拌均匀，形成E液前驱体；步骤6，所得到的前驱体转入高压釜中，在180～220℃下加热保温12～24h，然后自然冷却到室温；步骤7，待反应釜冷却后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，干燥后得到钛酸锂镧铅-rGO。所述的钛酸锂镧铅-rGO的制备方法及应用，其特征在于，所述钛酸锂镧铅-rGO中钛酸锂镧铅的结构为四方相，其晶面为(010)择优暴露。rGO与钛酸锂镧铅的(010)面复合形成了钛酸锂镧铅-rGO。钛酸锂镧铅-rGO中钛酸锂镧铅与rGO两相共存，形成了异质结结构。所述的氯溴氧化铋(010)/石墨烯异质结在光催化降解有机污染物方面的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的钛酸锂镧铅-rGO的制备方法及应用，通过水热法合成将钛酸锂镧铅粉体与rGO复合，合成了钛酸锂镧铅-rGO。本专利技术制备的钛酸锂镧铅-rGO中，锂和镧的引入并没有改变钛酸铅的物相，仍为四方相，钛酸锂镧铅的(010)晶面暴露良好。附着在钛酸锂镧铅的(010)晶面上的rGO具有高的比表面积，能增加钛酸锂镧铅-rGO的吸附能力，rGO良好的导电性改善钛酸锂镧铅光生电子的迁移，抑制其电子-空穴对的再复合几率。复合后钛酸锂镧铅与rGO结构的形成有效地抑制了光生电子与光生空穴的再复合几率，提高了钛酸锂镧铅中光生电子和空穴的分离效率，另外rGO的加入也使钛酸锂镧铅光响应得到改善，从而提高钛酸锂镧铅的光催化性能。该方法具有制备温度低、反应周期短、生产成本低、工艺方法简便等优点。由于rGO有良好的载流子传输特性，光生电子可以从钛酸锂镧铅晶面的导带，利用rGO良好的电子传输特性转移到反应溶液中，而剩余的光生空穴可以直接进入溶液发生相应的反应。因而改善了光生电子和空穴的有效分离，钛酸锂镧铅-rGO的形成提高了光生电子-空穴对的分离率，提高了钛酸铅的光催化性能。附图说明图1是本专利技术实施例3中制备的钛酸锂镧铅-rGO的XRD图，从图中可知，钛酸锂镧铅-rGO中钛酸锂镧铅为(010)面择优暴露。锂和镧的引入导致PbTiO3的衍射角向高角度方向有位移产生，且没有产生杂质相，表明锂和镧成功掺杂进入钛酸铅的晶格中，rGO的引入也没有改变钛酸铅的物相，仍为钙钛矿相。图2是本专利技术实施例3中制备的钛酸锂镧铅-rGO的TEM图，从图中可知，发生卷曲的薄片为rGO，形状较为不规则、颜色较深的为钛酸锂镧铅，从而可知成功的制备出钛酸锂镧铅-rGO。图3是本专利技术实施例1～3中制备的钛酸锂镧铅-rGO、钛酸铅和钛酸锂镧铅降解亚罗丹明B的脱色图谱，从图中可知，钛酸锂镧铅-rGO在可见光照270min后降解率可达96.3％以上，钛酸锂镧铅的降解率为33.1％，钛酸铅的脱色率仅为16.2％。钛酸锂镧铅-rGO的脱色率比钛酸铅的脱色率提高了6.0倍。具体实施方式下面结合附图和本专利技术优选的具体实施例对本专利技术做进一步描述，原料均为分析纯。实施例1：步骤1，将5mmol的Pb(NO3)2加入去离子水中，在30℃下搅拌30min至完全透明，采用NaOH溶液调控溶液的pH值至12，然后混合物在0℃下搅拌30min后形成A液；步骤2，将5mmolTi(OC4H9)4逐滴加入到乙醇溶液中，然后在30℃下搅拌后得到含沉淀物的前驱体。步骤3，将前驱体加入到A溶液中，其中Ti(OC4H9)4与Pb(NO3)2的摩尔比为1:1，形成B液；步骤4，所得到的B液转入高压釜中，在180℃下加热保温24h，然后自然冷却到室温。步骤5，待反应釜冷却后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，在100℃下干燥12h得到钛酸铅。实施例2：步骤1，将4.9mmol的Pb(NO3)2加入去离子水中，在30℃下搅拌30min至完全透明，采用NaOH溶液调控溶液的pH值至12，然后混合物在0℃下搅拌30min后形成A液；步骤2，将5mmolTi(OC4H9)4逐滴加入到乙醇溶液中，然后在30℃下搅拌后得到含沉淀物的前驱体。步骤3，将前驱体加入到A溶液中，配成B液；步骤4，将0.1mmol的Li(NO3)和La(NO3)3溶于去离子水中，配成C液，将C液逐滴加入到B液中，搅拌30min后形成D液，其中Li(NO3)与La(NO3)3的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Pb(NO3)2+Li(NO3)+La(NO3)3)的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Li(NO3)+La(NO3)3)摩尔比为1：0.02；步骤5，所得到的D液转入高压釜中，在180℃下加热保温24h，然后自然冷却到室温。步骤6，待反应釜冷却后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，在100℃下干燥12h得到钛酸锂镧铅。实施例3：步骤1，将4.9mmol的Pb(NO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂镧铅‑rGO的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Pb(NO3)2加入去离子水中，在30～50℃下搅拌至完全透明，采用NaOH溶液调控溶液的pH值至12～13，然后混合物在0℃下形成A液；步骤2，将Ti(OC4H9)4逐滴加入到乙醇溶液中，得到含沉淀物的前驱体；步骤3，将前驱体加入到A溶液中后，形成B液；步骤4，取一定量的Li(NO3)和La(NO3)3溶于去离子水中，配成C液，将C液逐滴加入到B液中形成D液，其中Li(NO3)与La(NO3)3的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Pb(NO3)2+Li(NO3)+La(NO3)3)的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Li(NO3)+La(NO3)3)摩尔比为1：(0～0.02)；步骤5，将rGO加入D液中，超声分散并搅拌均匀，形成E液前驱体；步骤6，所得到的前驱体转入高压釜中，在180～220℃下加热保温12～24 h，然后自然冷却到室温；步骤7，待反应釜冷却后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，干燥后得到钛酸锂镧铅‑rGO。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂镧铅-rGO的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Pb(NO3)2加入去离子水中，在30～50℃下搅拌至完全透明，采用NaOH溶液调控溶液的pH值至12～13，然后混合物在0℃下形成A液；步骤2，将Ti(OC4H9)4逐滴加入到乙醇溶液中，得到含沉淀物的前驱体；步骤3，将前驱体加入到A溶液中后，形成B液；步骤4，取一定量的Li(NO3)和La(NO3)3溶于去离子水中，配成C液，将C液逐滴加入到B液中形成D液，其中Li(NO3)与La(NO3)3的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Pb(NO3)2+Li(NO3)+La(NO3)3)的摩尔比为1:1，Ti(OC4H9)4与(Li(NO3)+La(NO3)3)摩尔比为1：(0～0.02)；步骤5，将rGO加入D液中，超声分散并搅拌均匀，形成E液前驱体；步骤6，所得到的前驱体转入高压釜中，在180～220℃下加热保温12～24h，然后自然冷却到室温；步骤7，待反应釜冷却后，将反应釜中的沉淀使用乙醇和去离子水反复洗涤3次，干燥后得到钛酸锂镧铅-rGO。2.根据权利要求1所述的钛酸锂镧铅-rGO的制备方法及应用，其特征在于，所述步骤1中Pb(NO3)2的浓度为0.05～0.1mol/L，溶液的pH值为12～13，混合物的搅拌温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：单连伟，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23