一种有序介孔钛酸锶的制备方法技术

本发明专利技术公开一种有序介孔钛酸锶的制备方法，包含以下步骤：将非离子表面活性剂、酚醛树脂、钛酸四丁酯、乙酸锶和浓盐酸溶于乙醇中，搅拌得到橘黄色的溶液，接着转移到平底容器中溶剂诱导自组装至少24h，然后在80～100℃热聚合至少12h形成橘黄色薄膜；接着依次在惰性气氛下和空气气氛下高温热处理得到白色的有序介孔钛酸锶薄膜。本发明专利技术制得的产品比表面积大，孔道均一且有序性高，在光催化降解、光电催化水分解、人工光合作用、光辅助储能电池等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种有序介孔钛酸锶的制备方法，属于无机非金属材料领域。
技术介绍
：自1972年首次报道TiO2电极光电分解水以来，基于半导体氧化物的光催化剂吸引了越来越多的关注(Nature，1972，238，37–38.)，特别是在能源与可持续发展领域具有非常广泛的应用前景。进入21世纪后，由于化石燃料的短缺和全球变暖问题，二氧化碳在光催化剂表面的光化学还原成为了新的研究热点。光催化二氧化碳还原反应与其他非均相的催化反应类似，比表面积是非常重要的一个参数。目前，研究者针对半导体氧化物光催化剂已经开发出各种各样的纳米结构以增加催化活性位点，如纳米片、纳米晶、纳米管、纳米棒以及介孔结构。其中，介孔结构具有独特贯穿的孔道和高的比表面积，使其成为光催化剂结构的最佳选择之一。介孔结构又分为有序介孔结构和无序介孔结构。相比于无序介孔结构，研究者发现有序介孔结构可以更有效的改善反应物的扩散、光激发载流子的分离，从而是光催化剂具有更高的催化活性(Chem.Mater.，2008，20，5361–5367.)。钛酸锶是一种ABO3型钙钛矿氧化物，由于其优良的物理化学性质使其在光催化领域得到了广泛的应用。传统的模板法制备的介孔钛酸锶都是无序的孔道，且比表面积较低。这主要是因为在高温烧结去除模板剂的时候，钛酸锶晶体颗粒会逐渐长大，从而得不到有序的介孔结构。因此，提供一种简单可靠、孔结构可控的有序介孔碳酸锶的制备方法有着极其重要的意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提出一种工艺简单且可控的有序介孔钛酸锶的制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种有序介孔钛酸锶的制备方法，包括如下步骤：(1)、将表面活性剂溶于无水乙醇中，搅拌形成透明的溶液；然后滴加酚醛树脂的乙醇溶液，每1g表面活性剂对应的酚醛树脂的加入量范围为1～1.5g，搅拌均匀，备用；(2)、以HCl溶液调节无水乙醇pH<1，再加入钛酸四正丁酯和乙酸锶，搅拌得到溶液；备用；(3)、将步骤(2)得到的溶液逐滴加入到步骤(1)得到的溶液中，每1g表面活性剂对应的钛酸四正丁酯的加入量范围为1.5～2g，搅拌使其混合均匀，得到橘黄色的溶液；(4)、将步骤(3)配制好的溶液转移到平底容器中，25℃下进行溶剂蒸发诱导自组装至少24h后，接着在80～100℃下热聚合至少12h得到橘黄色的薄膜；(5)、将步骤(4)得到的橘黄色薄膜依次在惰性气氛和空气气氛中热处理得到白色的有序介孔钛酸锶薄膜。所述步骤(1)中表面活性剂为聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯两亲嵌段共聚物F127，分子式为PEO106-PPO70-PEO106。所述步骤(1)中每1g表面活性剂溶于6mL无水乙醇中，酚醛树脂的乙醇溶液的质量分数为20％。所述步骤(1)中酚醛树脂的乙醇溶液的制备方法是：首先称取6.1g苯酚，缓慢升温至40～45℃使其熔化；再向液态的苯酚中滴加1.3g质量分数为20％的NaOH水溶液，同时搅拌10min；接着，缓慢加入10.5g质量分数为37％的甲醛溶液，并升温至70～75℃，使苯酚和甲醛发生缩聚反应；反应结束后将溶液自然冷却至室温，然后用0.6mol/L的HCl溶液将反应后溶液的pH值调为中性；将调好pH值的溶液在45℃下旋转蒸发仪器中蒸发水分，并过滤掉白色的NaCl晶体；最后，将获得的酚醛树脂溶解于无水乙醇中，配成质量分数为20％的酚醛树脂乙醇溶液，备用。所述步骤(2)中HCl溶液浓度为10mol/L，无水乙醇为3mL，溶液中摩尔比Ti：Sr＝1：1。所述步骤(5)中热处理过程为：首先在通有惰性气流的气氛管式炉中400℃下保温3～5h，然后在通有空气的气氛管式炉中400～700℃下保温2～4h，升温速率严格控制在1℃/min。所述惰性气流为氩气或氮气。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将酚醛树脂引入到钛酸锶的制备中，在惰性气氛高温热处理时，酚醛树脂形成碳化骨架，可以限制钛酸锶晶体颗粒的生长；再在空气中除去碳后得到高度有序的、大比表面积的晶态的介孔钛酸锶材料。附图说明：图1是本专利技术实施例1所制备的有序介孔钛酸锶的氮气吸脱附曲线和孔径分布曲线。图2是本专利技术实施例1所制备的有序介孔钛酸锶的扫描电子显微镜照片。图3是本专利技术实施例2所制备的有序介孔钛酸锶的X射线衍射图谱。具体实施方式：本专利技术有序介孔钛酸锶的制备方法，包括如下步骤：(1)、将表面活性剂溶于无水乙醇中，搅拌形成透明的溶液；然后滴加酚醛树脂的乙醇溶液，每1g表面活性剂对应的酚醛树脂的加入量范围为1～1.5g，搅拌均匀，备用；(2)、以HCl溶液调节无水乙醇pH<1，再加入钛酸四正丁酯和乙酸锶，搅拌得到溶液；备用；(3)、将步骤(2)得到的溶液逐滴加入到步骤(1)得到的溶液中，每1g表面活性剂对应的钛酸四正丁酯的加入量范围为1.5～2g，搅拌使其混合均匀，得到橘黄色的溶液；(4)、将步骤(3)配制好的溶液转移到平底容器中，25℃下进行溶剂蒸发诱导自组装至少24h后，接着在80～100℃下热聚合至少12h得到橘黄色的薄膜；(5)、将步骤(4)得到的橘黄色薄膜依次在惰性气氛和空气气氛中热处理得到白色的有序介孔钛酸锶薄膜。其中步骤(1)中表面活性剂为聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯两亲嵌段共聚物F127，分子式为PEO106-PPO70-PEO106。其中步骤(1)中每1g表面活性剂溶于6mL无水乙醇中，酚醛树脂的乙醇溶液的质量分数为20％。其中步骤(1)中酚醛树脂的乙醇溶液的制备方法是：首先称取6.1g苯酚，缓慢升温至40～45℃使其熔化；再向液态的苯酚中滴加1.3g质量分数为20％的NaOH水溶液，同时搅拌10min；接着，缓慢加入10.5g质量分数为37％的甲醛溶液，并升温至70～75℃，使苯酚和甲醛发生缩聚反应；反应结束后将溶液自然冷却至室温，然后用0.6mol/L的HCl溶液将反应后溶液的pH值调为中性(7.0)；将调好pH值的溶液在45℃下旋转蒸发仪器中蒸发水分，并过滤掉白色的NaCl晶体；最后，将获得的酚醛树脂溶解于无水乙醇中，配成质量分数为20％的酚醛树脂乙醇溶液，备用。其中步骤(2)中HCl溶液浓度为10mol/L，无水乙醇为3mL，溶液中Ti：Sr(摩尔比)＝1：1。其中步骤(5)中热处理过程为：首先在通有惰性气流(氩气或氮气)的气氛管式炉中400℃下保温3～5h，然后在通有空气的气氛管式炉中400～700℃下保温2～4h，升温速率严格控制在1℃/min。下面通过三个实施例来说明本专利技术有序介孔钛酸锶的制备方法。实施例1：(1)将1g聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯两亲嵌段共聚物F127(购自Sigma-Aldrich公司)和1.25g酚醛树脂的乙醇溶液(酚醛树脂质量分数20％)溶于6ml无水乙醇中，搅拌1h形成透明的溶液A；(2)将1ml的浓HCl溶液(10mol/L)加入到3ml无水乙醇中，调节pH<1，再缓慢加入1.7g钛酸四正丁酯和1.05g乙酸锶，磁力搅拌得到透明的溶液B；(3)然后逐滴将溶液B加于溶液A中，搅拌1h使其混合均匀，从而得到橘黄色的溶液；(4)将橘黄色的溶液转移到平底容器中，在25℃下溶剂蒸发诱导自组装24h，然后在100℃热聚合12h，形成橘黄色薄膜；(4)将橘黄色的薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有序介孔钛酸锶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤(1)、将表面活性剂溶于无水乙醇中，搅拌形成透明的溶液；然后滴加酚醛树脂的乙醇溶液，每1g表面活性剂对应的酚醛树脂的加入量范围为1～1.5g，搅拌均匀，备用；(2)、以HCl溶液调节无水乙醇pH<1，再加入钛酸四正丁酯和乙酸锶，搅拌得到溶液；备用；(3)、将步骤(2)得到的溶液逐滴加入到步骤(1)得到的溶液中，每1g表面活性剂对应的钛酸四正丁酯的加入量范围为1.5～2g，搅拌使其混合均匀，得到橘黄色的溶液；(4)、将步骤(3)配制好的溶液转移到平底容器中，25℃下进行溶剂蒸发诱导自组装至少24h后，接着在80～100℃下热聚合至少12h得到橘黄色的薄膜；(5)、将步骤(4)得到的橘黄色薄膜依次在惰性气氛和空气气氛中热处理得到白色的有序介孔钛酸锶薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种有序介孔钛酸锶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤(1)、将表面活性剂溶于无水乙醇中，搅拌形成透明的溶液；然后滴加酚醛树脂的乙醇溶液，每1g表面活性剂对应的酚醛树脂的加入量范围为1～1.5g，搅拌均匀，备用；(2)、以HCl溶液调节无水乙醇pH<1，再加入钛酸四正丁酯和乙酸锶，搅拌得到溶液；备用；(3)、将步骤(2)得到的溶液逐滴加入到步骤(1)得到的溶液中，每1g表面活性剂对应的钛酸四正丁酯的加入量范围为1.5～2g，搅拌使其混合均匀，得到橘黄色的溶液；(4)、将步骤(3)配制好的溶液转移到平底容器中，25℃下进行溶剂蒸发诱导自组装至少24h后，接着在80～100℃下热聚合至少12h得到橘黄色的薄膜；(5)、将步骤(4)得到的橘黄色薄膜依次在惰性气氛和空气气氛中热处理得到白色的有序介孔钛酸锶薄膜。2.如权利要求1所述的有序介孔钛酸锶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面活性剂为聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯两亲嵌段共聚物F127，分子式为PEO106-PPO70-PEO106。3.如权利要求1所述的有序介孔钛酸锶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中每1g表面活性剂溶于6mL无水乙醇中，酚醛树脂的乙醇溶液的质量分数为20％。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，范晓莉，高斌，薛海荣，郭虎，龚浩，何建平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32