一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，由CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒构成，所述CaTi2O4(OH)2片状的厚度为85～100nm、长宽平均尺寸为1～2.5μm；所述CaTi2O5纳米颗粒的粒度为0.5～1.5nm。此外，还公开了上述CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法。本发明专利技术通过在CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒，在保持高效光催化活性的同时，解决了易团聚和回收难的问题，有效提高了其在工业领域的使用价值和经济效益。本发明专利技术工艺路线简单，无需特殊装置，无需表面活性剂或模板，生产成本低，适宜于规模性产业化生产，有利于促进光催化技术的应用和发展。

【技术实现步骤摘要】
一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料及其制备方法
本专利技术涉及光催化
，尤其涉及一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料及其制备方法。
技术介绍
亚稳相材料是指热力学上处于亚稳状态的一类材料，是呈介稳性的聚集体，由于存在能量势垒，一般情况下能稳定存在；而且通常而言，这种亚稳相结晶材料具有较高的催化活性，因此亚稳相光催化材料成为研究热点之一。钙钛氧化物如CaTi2O5和CaTi2O4(OH)2，由于它们具有独特优异的亚稳相结构，因此在工业领域对其光催化性能的应用得到越来越多的研究和重视。纳米光催化剂在光催化领域显示出巨大潜力和长久的生命力。但常规的纳米催化剂存在着易团聚、难回收及光能利用率低等缺点，而构筑单元为纳米尺寸的微米尺度结构(微纳结构)的光催化剂可以很好地解决这些问题。这是由于它不仅保持了纳米光催化剂原有的高效光催化活性，同时其尺度是微米级，因此在使用过程中，不易吸附其它物质或团聚，同时能够沉淀在容器底部便于回收，从而为解决光催化技术的瓶颈问题提供了全新的途径。然而，目前现有技术在这种微纳结构材料的制备中，均需要添加模板或表面活性剂，并且工艺条件苛刻，这些制备方法不仅引入了杂质，同时对设备要求高、成本高，不利于工业化生产。尤其是合成亚稳相微纳结构材料的条件极其复杂、更加难以控制。目前，尚未见到关于CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的报道。
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CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，通过在CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒，以保持高效光催化活性的同时，解决易团聚和回收难的问题。本专利技术的另一目的在于提供上述CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，由CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒构成，所述CaTi2O4(OH)2片状的厚度为85～100nm、长宽平均尺寸为1～2.5μm；所述CaTi2O5纳米颗粒的粒度为0.5～1.5nm。本专利技术的另一目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的上述CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶5～10，搅拌至均匀得到A液；(2)将无水氯化钙溶解于蒸馏水中，然后和乙醇混合，搅拌至均匀得到B液；按照摩尔比无水氯化钙∶蒸馏水∶乙醇＝1∶50～400∶5～10；(3)按照摩尔比钛酸丁酯∶无水氯化钙＝1∶1，将所述A液加入B液中搅拌10min，然后加入3M/L碱性溶液继续搅拌5～15min，按照摩尔比碱性溶液∶蒸馏水＝0.02～0.09∶1；之后放在水热釜中，在160～220℃下保温12～36h，用蒸馏水洗涤，获得CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料。上述方案中，本专利技术所述碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用水热法、在相同的母体溶液中，通过改变添加不同用量的碱性溶液而获得在CaTi2O4(OH)2纳米片上原位生长的CaTi2O5纳米结构，即CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，该材料不仅具有优异的光催化性能，而且便于回收，经过多次重复使用后仍保持较高的光催化降解率，有效提高了其在工业领域的使用价值和经济效益。本专利技术工艺路线简单，无需特殊装置，无需表面活性剂或模板，生产成本低，适宜于规模性产业化生产，有利于促进光催化技术的应用和发展。附图说明下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述：图1是本专利技术实施例一制备的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的X射线衍射图谱；图2是本专利技术实施例一制备的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的扫描电镜照片；图3是本专利技术实施例一制备的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的透射电镜照片；图4是本专利技术实施例一制备的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的多次重复使用降解甲基橙溶液的光催化降解率示意图；图5是本专利技术实施例CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的光催化活性示意图(1、2、3、4分别为本专利技术实施例一、二、三、四)。具体实施方式实施例一：本实施例CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法，其步骤如下：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶5，搅拌至均匀得到A液；(2)将无水氯化钙溶解于蒸馏水中，然后和乙醇混合，搅拌至均匀得到B液；按照摩尔比无水氯化钙∶蒸馏水∶乙醇＝1∶50∶10；(3)按照摩尔比钛酸丁酯∶无水氯化钙＝1∶1，将上述A液逐滴滴入B液中搅拌10min，然后逐滴加入3M/LNaOH溶液继续搅拌15min，按照摩尔比NaOH溶液∶蒸馏水＝0.02∶1；之后放在水热釜中，在180℃下保温36h，用蒸馏水洗涤6次，获得CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料。实施例二：本实施例CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法，其步骤如下：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶10，搅拌至均匀得到A液；(2)将无水氯化钙溶解于蒸馏水中，然后和乙醇混合，搅拌至均匀得到B液；按照摩尔比无水氯化钙∶蒸馏水∶乙醇＝1∶400∶5；(3)按照摩尔比钛酸丁酯∶无水氯化钙＝1∶1，将上述A液逐滴滴入B液中搅拌10min，然后逐滴加入3M/LNaOH溶液继续搅拌15min，按照摩尔比NaOH溶液∶蒸馏水＝0.06∶1；之后放在水热釜中，在160℃下保温36h，用蒸馏水洗涤6次，获得CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料。实施例三：本实施例CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法，其步骤如下：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶8，搅拌至均匀得到A液；(2)将无水氯化钙溶解于蒸馏水中，然后和乙醇混合，搅拌至均匀得到B液；按照摩尔比无水氯化钙∶蒸馏水∶乙醇＝1∶200∶10；(3)按照摩尔比钛酸丁酯∶无水氯化钙＝1∶1，将上述A液逐滴滴入B液中搅拌10min，然后逐滴加入3M/LKOH溶液继续搅拌5min，按照摩尔比KOH溶液∶蒸馏水＝0.09∶1；之后放在水热釜中，在220℃下保温12h，用蒸馏水洗涤6次，获得CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒的CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料。实施例四：本实施例CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料的制备方法，其步骤如下：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶10，搅拌至均匀得到A液；(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，其特征在于：由CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒构成，所述CaTi2O4(OH)2片状的厚度为85～100nm、长宽平均尺寸为1～2.5μm；所述CaTi2O5纳米颗粒的粒度为0.5～1.5nm。

【技术特征摘要】
1.一种CaTi2O5/CaTi2O4(OH)2复合微纳结构材料，其特征在于：由CaTi2O4(OH)2片状结构承载CaTi2O5纳米颗粒构成，所述CaTi2O4(OH)2片状的厚度为85～100nm、长宽平均尺寸为1～2.5μm；所述CaTi2O5纳米颗粒的粒度为0.5～1.5nm；所述复合微纳结构材料由以下方法制备获得：(1)将钛酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩尔比钛酸丁酯∶乙醇＝1∶5～10，搅拌至均匀得到A液；(2)将无水氯化钙溶解于蒸馏水中，然后和乙醇混合，搅拌至均匀得到B液；按照摩尔比无水氯化钙∶蒸馏水∶乙醇＝1∶50～400∶5；(3)按照摩尔比钛酸丁酯∶无水氯化钙＝1∶1，将所述A液加入B液中搅拌10min，然后加入3mol/L碱性溶液NaOH溶液或KOH溶液继续搅拌5～15min，按照摩尔比碱性溶液∶蒸馏水＝0.02～0.09∶1；之后放在水热釜中，在160～220℃下保温12～36h，用蒸馏水洗涤，获得CaTi2...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟霞，顾幸勇，包启富，陈馨，罗婷，赵高凌，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷学院，
类型：发明
国别省市：江西;36