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钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿结构功能材料,具有介电损耗低、热稳定性好等特点,可以用于制造高压陶瓷电容器、边界层陶瓷电容器和低压压敏电阻器等,在电子、机械等行业有着广泛应用;同时,SrTiO3具有禁带宽度高、光催化活性优良等特点,在光催化分解水制氢、光催化降解有机污染物和光化学电池等领域也具有潜在的应用。对SrTiO3进行合适掺杂后可以使性能得到改善。随着人们对SrTiO3性能的要求日益升高,对SrTiO3进行掺杂改性、优化SrTiO3粉体的制备方法、合成不同形貌的SrTiO3系列功能材料以满足各领域的要求显得尤为迫切。
本论文采用一种快速的微波辅助溶剂热法,以乙二醇和水作溶剂,微波加热到200℃保温10min,制备Nd掺杂SrTiO3介孔纳米球和纳米片。所得纳米球和纳米片都是由更小的纳米颗粒组装而成的介孔结构,而且纳米片的BET比表面积和孔容最大,分别高达155.7m2g-1和0.50cm3g-1。在可见光照射下Nd掺杂SrTiO3纳米球和纳米片产物降解亚甲基蓝的光催化活性高于商业TiO2粉体(Degussa,P25),而且Nd掺杂的SrTiO3光催化活性有所提高。
微波辅助溶剂热法合成Nd掺杂SrTiO3纳米球,产物的形貌和尺寸受温度的影响并不明显。溶剂乙二醇和水的体积比(EG/W)对产物的物相和尺寸影响较大。当EG/W为40/10时,产物中几乎没有立方相SrTiO3的生成;当EG/W减小为0/50时,有Nd(OH)3杂相生成。随EG/W的减小,产物的尺寸增大。形成过程很可能为先在很短时间内形成Nd掺杂SrTiO3介孔纳米球或纳米片,然后组装形成这个聚集体的初级纳米颗粒再经过Ostwald熟化提高结晶性。
以市售的锐钛矿TiO2为钛源,用水热法合成了La掺杂SrTiO3纳米结构,水热温度为200℃,所得到的La掺杂SrTiO3的形貌为均匀的纳米立方体,尺寸分布在100-200nm。以自制非晶TiO2作为钛源,用水热法合成了La掺杂SrTiO3,其形貌为粒径为50-100nm的不规则球形颗粒,这些纳米球团聚成尺寸大约400nm的团聚体。