[发明专利]一种超长纳米线结构及纳米带结构钛酸铜钙的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超长纳米线结构和纳米带结构钛酸铜钙的制备方法，属于光催化纳米材料领域。

背景技术

一维纳米材料在近几年甚至近几十年来受到了广泛的研究，是由它的尺寸依赖性质决定的，其相比于块状纳米材料而言有着独特的物理、化学性质，所以其往往在光电、光伏、电化学以及电动机械方面有着广泛的应用。故而，一维纳米材料的合成对于现今的科技应用有着重要的基础意义。

近十年来，各种二元化合物一维纳米材料，如：TiO₂、ZnO、SnO₂、MnO₂、Ga₂O₃都已经被成功合成；三元化合物一维纳米材料，如：K₂Ti₆O₁₃、K₂Ti₈O₁₇纳米线也被人们用水热方法成功制备。而对于四元化合物的一维合成仍然是一个挑战。

钛酸铜钙（CaCu₃Ti₄O₁₂）作为一种层状钙钛矿结构，其价带顶是Cu(3d)-O(2p)σ反键轨道，所以相对于TiO₂的单纯O2p轨道，CaCu₃Ti₄O₁₂具有更窄的禁带宽度，约为2.21eV。故而，CaCu₃Ti₄O₁₂能够响应太阳光中的可见光部分，大大拓宽了光催化技术对于太阳光的利用率，受到了人们的广泛研究。目前，合成的CaCu₃Ti₄O₁₂主要为6面的立方体结构，对于其一维纳米线和纳米带结构未见著于公开文献。而制备出不同结构的光催化材料对于研究材料的光催化机理和寻找更高效的光催化剂具有重要意义。

对于一维纳米材料的制备，目前见著于文献中的方法主要是：（1）、气-液-固生长技术（VLS），如：Si单质纳米线的生长；（2）、热蒸发生长技术，如：ZnO、SnO₂、In₂O₃、VO等一维纳米线的制备；（3）、金属催化-分子束外延生长技术，如：ZnSe一维纳米线的制备；（4）、溶液生长技术。然而，作为一种非常简单的一维纳米材料生长方法：熔盐法，却非常少见于公开文献。故而，本发明采用简单易行的熔盐生长方法制备四元化合物对于其他化合物的一维纳米材料制备有很重要的指导意义。

综上，通过本发明所述方法获得的超长纳米线结构和纳米带结构钛酸铜钙，对于研究其可见光响应光催化机理以及对于其他化合物的一维纳米材料制备具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种超长纳米线结构和纳米带结构钛酸铜钙的制备方法，是工艺简单、成本低廉的制备方法，该方法基于熔盐法合成化合物的原理，包括作为合成钛酸铜钙所需的氧化物原料与盐的混合，再在高温条件下灼烧数小时，最后生成超长纳米线结构和纳米带结构钛酸铜钙。该方法具有操作简便，工艺简单，绿色环保等特点，在制备四元纳米线和纳米带结构化合物方面有广泛的指导意义。

本发明所述的一种超长纳米线结构或纳米带结构钛酸铜钙的制备方法，其特征在于按下列步骤进行:

a、按钛酸铜钙化学式CaCu₃Ti₄O₁₂称取氧化物原料质量为TiO₂ 0.39-3.90g、CaO0.07-0.70g、CuO 0.29-2.90g，再称取盐质量为NaCl 7.60-50.50g，KCl 7.00-49.50g置入玛瑙研钵中在球磨机上球磨1-12h，使其混合均匀；

b、将步骤a中的原料混合物置于刚玉坩埚中在管式炉中高温反应，反应温度为650-1000℃，反应时间为4-15h；

c、将步骤b得到的样品随炉冷却至室温，加入去离子水洗涤、过滤、除去熔盐，再在10-100kHz超声作用下清洗1-10次以除去杂质，再将样品置于干燥箱中于温度60℃干燥5小时，即得目标产物超长纳米线结构或纳米带结构钛酸铜钙。

步骤b中的反应温度650-850℃为纳米线结构钛酸铜钙，反应温度850-1000℃为纳米带结构钛酸铜钙。