本发明专利技术公开了一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球及其合成方法，首先制备均匀分散的无定型前驱体TiO2，然后将前驱体TiO2与Sr(NO3)2溶液经过水热反应及后期热处理工艺，得到单分散的SrTiO3/TiO2微球，然后经过溶胶包覆得到微米级的ZnO/SrTiO3/TiO2球状晶体，直径为1μm，表面分布六方柱状凸起，多种晶体通过梯度能级匹配，有利于提高材料的光催化性能，使其在污水处理及能源领域有较高的潜在应用。同时该制备方法可以通过控制前驱体模板，来调控最终复合材料的形貌，为材料的合成工艺提供了一种新的思路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球，尤其是一种微米级的ZnO/SrTiO3/TiO2球状晶体及其制备方法，属于化学材料的制备领域。技术背景目前对应用于处理染料污水的光催化剂的研究主要集中在制备成本低廉及环境友好型的二氧化钛(TiO2)材料，然而这些材料在实际的应用中存在诸如太阳光光响应区间窄、量子效率低、回收利用率低等一些问题。因此目前的研究多通过控制TiO2的微观形貌、构筑TiO2基微纳复合结构和梯度能级体系来提高该材料的光电转换效率。除TiO2外，ZnO、SrTiO3等半导体材料在一定的光照条件下也可以产生光催化效应。ZnO是一种直接宽带隙半导体，在蓝紫外发光器件、光电转换器件、气敏传感器、透明薄膜晶体管等方面都有着广阔的应用前景。纤锌矿结构的ZnO晶体沿着c轴方向具有极性，自发极化对ZnO的光电性能、化学性质等都有重要影响。SrTiO3因其具有独特的物理特性与化学特性，高的介电常数、优越的电荷传输、较高的折射率而被广泛应用于压电材料、传感器、磁光材料、催化剂以及燃料电池等领域。SrTiO3属于n型半导体材料，其禁带宽度为3.4eV，在紫外光照射下能将大多数有机氧化物最终氧化至产物CO2和H2O，同时也是具有很高应用潜力的光电水解制氢的候选材料之一。但是单半导体光催化剂在光照后产生的光生电子空穴对比较容易复合而且其对光源的利用率较低，复合半导体光催化剂和掺杂后的半导体光催化剂会形成阶梯能级，不但拓宽了光的利用率而且有效的降低了光生空穴和电子的复合率。因此，为了提高光催化效率，许多新型复合半导体光催化剂逐渐进入研究者的课题。研究表明，ZnO的导带、价带能级位于TiO2和SrTiO3导带、价带能级的中间，因此采用环境友好，工艺简单可控的TiO2粉体作为反应物和模板，结构稳定的钙钛矿SrTiO3及取向生长的ZnO为增强材料，设计制备出能带匹配的具有一定分级结构的复合样品，一方面可以增加样品对污染物的吸附能力，另一方面可以通过梯度能级调控降低空穴电子对的复合率，从而提升样品的光催化性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种提高材料的光催化性能的ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球及其合成方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球，其特征在于，ZnO/SrTiO3/TiO2微球为单分散球形形貌，球形表面分布有小粒径的柱状凸起，晶型为TiO2、SrTiO3、ZnO的混合晶型；ZnO/SrTiO3/TiO2球形晶体直径为0.9-1.1μm，凸起为六方柱状形貌，直径为60-70nm，长度为100nm以内。所述的ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球的合成方法，制备步骤如下：(1)将Ti(SO4)2与PVP、水及正丙醇混合均匀后持续搅拌，70℃水浴条件下搅拌3-6h，使Ti(SO4)2水解，水解产物在摩尔浓度为1-1.8mol/L的KOH水溶液中60℃陈化6-12h，经过离心、洗涤、烘干后得到前驱体TiO2粉末A；将Sr(NO3)2的水溶液记为B液,前驱体TiO2粉末配置水悬浮液记为C液,将C液加入B液中搅拌均匀后置入内衬为聚四氟乙烯水热釜中180℃水热3-6h,对水热产物进行离心、洗涤，干燥后，以2-3℃/min的升温速率在马弗炉中700-800℃热处理4-6h得到SrTiO3/TiO2粉体D；其中Ti(SO4)2溶液摩尔浓度为0.2-0.3mol/L，水与正丙醇的体积配比为1:1,Sr(NO3)2与TiO2中Sr与Ti的摩尔比为2:1；(2)将醋酸锌溶于乙二醇甲醚中，配成浓度为0.3-0.6mol/L的溶液，搅拌0.5h，加入与醋酸锌的摩尔比为1:1的单乙醇胺，搅拌2-5h，并陈化一周后得到ZnO溶胶E；(3)按粉体D：溶胶E的质量体积为w:v比为5:100，粉体D溶于E溶溶胶E中搅拌5-20min，离心，烘干，重复此步骤1-5次，将所烘干样品以2-5℃/min的速率升至400-500℃，保温1-2h得到粉体F；取粉体F置入生长液中进行90-95℃水浴陈化4-6h，烘干得到最终的ZnO/SrTiO3/TiO2复合粉体。所述生长液的组分包括：硝酸锌和六亚甲基四胺，二者的体积配比为1:1；硝酸锌浓度为0.025-0.2mol/L，六亚甲基四胺浓度为0.025-0.2mol/L。所述粉体D的水热工艺180℃保温3h，ZnO/SrTiO3/TiO2复合粉体的生长液硝酸锌浓度为0.05M，六亚甲基四胺浓度为0.05M。本专利技术的有益效果是：(1)制得的ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球的直径为0.9-1.1μm，属于微米级，大的颗粒直径使得ZnO/SrTiO3/TiO2晶体用作催化剂等时易于回收。(2)ZnO/SrTiO3/TiO2为具有梯度能级匹配的复合微球，表面六方柱状次级形貌有利于提高材料的比表面积以及对光的吸收，可进一步提高其光催化特性。附图说明图1是实施例1中SrTiO3/TiO2晶体的扫描电子显微镜图；图2是实施例1中ZnO/SrTiO3/TiO2微球的扫描电子显微镜图；图3是实施例1中ZnO/SrTiO3/TiO2微球的高倍扫描电子显微镜图；图4是实施例1中ZnO/SrTiO3/TiO2微球的XRD图；图5是对比实施例1中ZnO/SrTiO3/TiO2扫描电子显微镜图；图6是对比实施例2中ZnO/SrTiO3/TiO2的扫描电子显微镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本专利技术一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球，其特征在于，ZnO/SrTiO3/TiO2微球为单分散球形形貌，球形表面分布有小粒径的柱状凸起，晶型为TiO2、SrTiO3、ZnO的混合晶型；ZnO/SrTiO3/TiO2球形晶体直径为0.9-1.1μm，凸起为六方柱状形貌，直径为60-70nm，长度为100nm以内。所述的ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球的合成方法，制备步骤如下：(1)将Ti(SO4)2与PVP、水及正丙醇混合均匀后持续搅拌，70℃水浴条件下搅拌3-6h，使Ti(SO4)2水解，水解产物在摩尔浓度为1-1.8mol/L的KOH水溶液中60℃陈化6-12h，经过离心、洗涤、烘干后得到前驱体TiO2粉末A；将Sr(NO3)2的水溶液记为B液,前驱体TiO2粉末配置水悬浮液记为C液,将C液加入B液中搅拌均匀后置入内衬为聚四氟乙烯水热釜中180℃水热3-6h,对水热产物进行离心、洗涤，干燥后，以2-3℃/min的升温速率在马弗炉中700-800℃热处理4-6h得到SrTiO3/TiO2粉体D；其中Ti(SO4)2溶液摩尔浓度为0.2-0.3mol/L，水与正丙醇的体积配比为1:1,Sr(NO3)2与TiO2中Sr与Ti的摩尔比为2:1；(2)将醋酸锌溶于乙二醇甲醚中，配成浓度为0.3-0.6mol/L的溶液，搅拌0.5h，加入与醋酸锌的摩尔比为1:1的单乙醇胺，搅拌2-5h，并陈化一周后得到ZnO溶胶E；(3)按粉体D：溶胶E的质量体积为w:v比为5:100，粉体D溶于溶胶E中搅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球，其特征在于，ZnO/SrTiO3/TiO2微球为单分散球形形貌，球形表面分布有小粒径的柱状凸起，晶型为TiO2、SrTiO3、ZnO的混合晶型；ZnO/SrTiO3/TiO2球形晶体直径为0.9‑1.1μm，凸起为六方柱状形貌，直径为60‑70nm，长度为100nm以内。
【技术特征摘要】
1.一种ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球，其特征在于，ZnO/SrTiO3/TiO2微球为单分散球形形貌，球形表面分布有小粒径的柱状凸起，晶型为TiO2、SrTiO3、ZnO的混合晶型；ZnO/SrTiO3/TiO2球形晶体直径为0.9-1.1μm，凸起为六方柱状形貌，直径为60-70nm，长度为100nm以内。2.如权利要求1所述的ZnO/SrTiO3/TiO2复合微球的合成方法，其特征在于，制备步骤如下：(1)将Ti(SO4)2与PVP、水及正丙醇混合均匀后持续搅拌，70℃水浴条件下搅拌3-6h，使Ti(SO4)2水解，水解产物在摩尔浓度为1-1.8mol/L的KOH水溶液中60℃陈化6-12h，经过离心、洗涤、烘干后得到前驱体TiO2粉末A；将Sr(NO3)2的水溶液记为B液,前驱体TiO2粉末配置水悬浮液记为C液,将C液加入B液中搅拌均匀后置入内衬为聚四氟乙烯水热釜中180℃水热3-6h,对水热产物进行离心、洗涤，干燥后，以2-3℃/min的升温速率在马弗炉中700-800℃热处理4-6h得到SrTiO3/TiO2粉体D；其中Ti(SO4)2溶液摩尔浓度为0.2-0.3mol/L，水与正丙醇的体积...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍，刘念奇，王红杏，刘志锋，赵简，胡蝶，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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