钙钛矿纳米颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了钙钛矿纳米颗粒及其制备方法和应用。制备钙钛矿纳米颗粒的方法包括：提供第一溶液；提供第二溶液；使第一溶液与第二溶液混合，向混合溶液中加入甘氨酸，得到第三溶液；将第三溶液置于自蔓延反应器中，在第一温度下加热第三溶液使溶剂蒸发；第三溶液转变为粘稠液体，将自蔓延反应器中的温度升高至第二温度，引发自蔓延反应；对自蔓延反应得到的反应产物进行煅烧；对煅烧产物进行急冷，得到钙钛矿纳米颗粒，钙钛矿纳米颗粒的化学式为(BiFeO3)

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿纳米颗粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料制备
，具体地，涉及钙钛矿纳米颗粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿纳米颗粒的可控与宏量合成是一个有着重要意义的研究课题。一方面，纳米颗粒因其较高的比表面积以及尺寸效应，赋予了自身丰富的的物理化学性能，进而在多种结构和功能材料中获得了广泛的应用。另一方面，钙钛矿体系独特的晶体结构和其中过渡金属元素d电子效应使其在光电、铁电、铁磁与热释电等领域中成为了重要的研究体系。然而，目前基于水热、溶胶凝胶和传统固相法等的很多制备钙钛矿纳米颗粒的方法，需要经历长时间的混合或烧结，这也可能使其在面对复杂组分的化合物制备和实际工业化生产中具有一定的局限性。
[0003]因此，目前制备钙钛矿纳米颗粒的方法仍有待改进。

技术实现思路

[0004]为了至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个，本专利技术的一个目的在于提出一种反应周期较短、可控性强的制备钙钛矿纳米颗粒的方法，本专利技术的另一个目的在于提出利用该方法制备得到的钙钛矿纳米颗粒在催化一氧化碳氧化中的应用。
[0005]在本专利技术的一方面，本专利技术提出了一种制备钙钛矿纳米颗粒的方法。根据本专利技术的实施例，制备钙钛矿纳米颗粒的方法包括：提供第一溶液，所述第一溶液中含有Bi
3+
和Fe
3+
和NO3‑
；提供第二溶液，所述第二溶液中含有Ti
4+
和Sr
2+
和NO3‑
；使所述第一溶液与所述第二溶液混合，向混合溶液中加入甘氨酸，得到第三溶液；将所述第三溶液置于自蔓延反应器中，在第一温度下加热所述第三溶液使溶剂蒸发；所述第三溶液转变为粘稠液体，将所述自蔓延反应器中的温度升高至第二温度，引发自蔓延反应；对自蔓延反应得到的反应产物进行煅烧；对煅烧产物进行急冷，得到钙钛矿纳米颗粒，所述钙钛矿纳米颗粒的化学式为(BiFeO3)
(1
‑
x)
‑
(SrTiO3)
x
，0≤x≤1。由此，多种原料可以在液相完全混合，使得最终制备得到的产物具有更好的均匀性；自蔓延过程中液相快速向固相转变，进一步结合急冷，可以得到小尺寸且疏松多孔的钙钛矿纳米颗粒；利用该方法制备钙钛矿纳米颗粒，反应周期短，可控性强，通过调节溶液中原料的比例可以很好的控制产物中各元素的原子比；利用该方法制备得到的钙钛矿纳米颗粒可以用于催化一氧化碳氧化反应，具有较好的催化作用。
[0006]根据本专利技术的实施例，所述第一溶液是将Bi(NO3)3·
5H2O和Fe(NO3)3·
9H2O充分溶解于去离子水中得到的，所述第一溶液中金属离子的总浓度为0.1M
‑
0.5M。由此，含结晶水的硝酸盐可以充分溶解在去离子水中，并且，第一溶液中的金属离子具有合适的浓度。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述第二溶液是通过以下步骤得到的：将Ti[O(C4H9)]4与去离子水混合，使Ti[O(C4H9)]4水解生成TiO(OH)2；加入硝酸溶液，使TiO(OH)2生成TiO(NO3)2；按照钛元素与锶元素的摩尔比为1:1加入SrCO3，待气体完全释放后得到所述第二溶液，所
述第二溶液中金属离子的总浓度为0.1M
‑
0.5M。由此，可以使钛元素和锶元素均以离子形式溶于去离子水中，并且，第二溶液中的金属离子具有合适的浓度。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述第三溶液中，金属离子总的摩尔数与甘氨酸的摩尔数之比为1:2至2:1。由此，反应原料中各物质具有合适的摩尔比，有利于原料的充分利用，从而有利于提高产物的产率。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述第一温度为80℃
‑
200℃，和/或，所述第二温度为300℃
‑
500℃。由此，在第一温度下使第三溶液中的大部分溶剂蒸发，第三溶液转变为粘稠液体后，在第二温度下引发快速的氧化还原反应，得到固相颗粒。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述煅烧的温度为600℃
‑
1100℃。由此，自蔓延反应器中的反应产物可以通过煅烧进一步分解，得到钙钛矿相产物颗粒。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述急冷是采用液氮实现的。由此，可以通过液氮使煅烧产物迅速冷却，得到纳米尺寸的钙钛矿相产物。
[0012]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种钙钛矿纳米颗粒。根据本专利技术的实施例，所述钙钛矿纳米颗粒是利用前面所述的方法制备的，所述钙钛矿纳米颗粒的化学式为(BiFeO3)
(1
‑
x)
‑
(SrTiO3)
x
，0≤x≤1。由此，该钙钛矿纳米颗粒具有较高的活性和比表面积，可以作为催化剂使用。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述钙钛矿纳米颗粒的粒径为50nm
‑
100nm。由此，钙钛矿纳米颗粒具有较小的粒径，有利于进一步提高其比表面积和催化活性。
[0014]在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了前面所述的钙钛矿纳米颗粒用于催化一氧化碳氧化反应。利用前面所述的钙钛矿纳米颗粒作为催化剂，催化一氧化碳氧化反应，可以显著提高一氧化碳的氧化速率，使一氧化碳快速转化为二氧化碳。
附图说明
[0015]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0016]图1显示了根据本专利技术一个实施例制备钙钛矿纳米颗粒的方法流程图；
[0017]图2显示了本专利技术实施例1至实施例4的钙钛矿纳米颗粒的X射线衍射图谱；
[0018]图3显示了本专利技术实施例1至实施例4的钙钛矿纳米颗粒催化CO氧化的催化活性测试结果。
具体实施方式
[0019]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0020]在本专利技术的一方面，本专利技术提出了一种制备钙钛矿纳米颗粒的方法。根据本专利技术的实施例，参考图1，制备钙钛矿纳米颗粒的方法可以包括以下步骤：
[0021]S100：提供第一溶液。
[0022]在该步骤中，提供第一溶液，其中，第一溶液中含有Bi
3+
和Fe
3+
和NO3‑
，NO3‑
在后续自蔓延反应和煅烧过程中起到氧化剂的作用。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，第一溶液是将Bi(NO3)3·
5H2O和Fe(NO3)3·
9H2O充分溶解于去离子水中得到的，具体的，可以将Bi(NO3)3·
5H2O和Fe(NO3)3·
9H2O按照一定的比例，加入去离子水中，经过搅拌使固体物质充分溶解。根据本专利技术的一些具体实施例，第一溶液中，Bi<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备钙钛矿纳米颗粒的方法，其特征在于，包括：提供第一溶液，所述第一溶液中含有Bi
3+
和Fe
3+
和NO3‑
；提供第二溶液，所述第二溶液中含有Ti
4+
和Sr
2+
和NO3‑
；使所述第一溶液与所述第二溶液混合，向混合溶液中加入甘氨酸，得到第三溶液；将所述第三溶液置于自蔓延反应器中，在第一温度下加热所述第三溶液使溶剂蒸发；所述第三溶液转变为粘稠液体，将所述自蔓延反应器中的温度升高至第二温度，引发自蔓延反应；对自蔓延反应得到的反应产物进行煅烧；对煅烧产物进行急冷，得到钙钛矿纳米颗粒，所述钙钛矿纳米颗粒的化学式为(BiFeO3)
(1
‑
x)
‑
(SrTiO3)
x
，0≤x≤1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液是将Bi(NO3)3·
5H2O和Fe(NO3)3·
9H2O充分溶解于去离子水中得到的，所述第一溶液中金属离子的总浓度为0.1M
‑
0.5M。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液是通过以下步骤得到的：将Ti[O(C4H9)]4与去离子水混合，使Ti[O(C4H9)]4水解生成TiO(OH)2；加入硝酸溶液，使TiO(OH)2生成TiO(NO3)2；按...

【专利技术属性】
技术研发人员：林元华，许于帅，杨岳洋，周志方，张文钰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：