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一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2017-02-28
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2017-08-11
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-10-15
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2037-02-28
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201710111797.6 申请日 2017-02-28
公开/公告号 CN106955695B 公开/公告日 2019-10-15
授权日 2019-10-15 预估到期日 2037-02-28
申请年 2017年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 B01J23/10B01J21/06B01J35/02 主分类号 B01J23/10
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 4
权利要求数量 5 非专利引证数量 1
引用专利数量 5 被引证专利数量 0
非专利引证 1、郁超、宋涛.水热法合成二氧化钛/钛酸锶异质结构《.广东化工》.2017,(第1期),16-17. 郁超、宋涛.水热法合成二氧化钛/钛酸锶异质结构《.广东化工》.2017,(第1期),16-17.;
引用专利 CN105129847A、CN104192892A、CN104229874A、CN102509743A、CN105536772A 被引证专利
专利权维持 5 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 西北师范大学 当前专利权人 邳州泰利恒商贸有限公司
发明人 卢小泉、王秋红、贺彩花、李洋、王彩荷、权晶晶 第一发明人 卢小泉
地址 甘肃省兰州市安宁区安宁东路805号 邮编 730070
申请人数量 1 发明人数量 6
申请人所在省 甘肃省 申请人所在市 甘肃省兰州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京中恒高博知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
吕玉博
摘要
本发明提供一种锶‑二氧化钛/钛酸锶纳米异质结的制备方法,是以TiO2纳米片和Sr(NO3)2·8H2O为原料,在去离子水中发生水热反应后得到的;所述水热反应的条件为180℃,120分钟。本发明还提供应用该方法制备得到的Sr‑TiO2/SrTiO3纳米异质结及其应用。本发明成功地将Sr2+掺入TiO2/SrTiO3中,提高了TiO2的光生载流子的分离效率,Sr2+的掺杂改善了TiO2/SrTiO3的光电化学性能,Sr‑TiO2/SrTiO3纳米片异质结材料在光催化分解水方面有着良好的应用。
  • 摘要附图
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图1
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图2
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图3
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图4
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图5
    一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-12-08 专利权的转移 登记生效日: 2020.11.26 专利权人由西北师范大学变更为邳州泰利恒商贸有限公司 地址由730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东路805号变更为221300 江苏省徐州市邳州市东湖街道长江路168号东湖街道办事处1楼107室
2 2019-10-15 授权
3 2017-08-11 实质审查的生效 IPC(主分类): B01J 23/10 专利申请号: 201710111797.6 申请日: 2017.02.28
4 2017-07-18 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种锶-二氧化钛/钛酸锶纳米异质结的制备方法,其特征在于:是以TiO2纳米片和Sr(NO3)2·8H2O为原料,在去离子水中发生水热反应后得到的;所述水热反应的条件为180℃,
60分钟;
所述TiO2纳米片的制备方法为:
(1)将清洗干净的钛片放入聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入NaOH水溶液,进行水热反应,反应温度为180℃,反应时间为120分钟,清洗干燥后,得到黑色的Na2Ti3O7纳米片;将Na2Ti3O7纳米片浸泡在HCl溶液中一段时间,得到H2Ti3O7纳米片;
(2)将步骤(1)得到的H2Ti3O7纳米片升温至500℃,加热保温120分钟,升温速率为10℃/min,退火后,得到退火后的TiO2纳米片。

2.根据权利要求1 所述的方法,其特征在于:所述NaOH 与Sr(NO3)2·8H2O 的摩尔比为:1:0.007。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:TiO2纳米片与Sr(NO3)2·8H2O在去离子水中进行水热反应后,冷却30分钟,然后依次用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤数次后,在60℃-70℃干燥6小时。

4.应用权利要求1或2所述的方法制备得到的Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结。

5.权利要求4所述的Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结在光催化分解水中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种掺杂的半导体材料的制备,尤其涉及一种Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结及其制备方法。

背景技术

[0002] 一维纳米结构,由于其有趣的特性和独特的应用,一直以来都是学者们深入研究的主题。TiO2作为一种重要的过渡金属氧化物,由于其在环境保护、生物医药、光电传感器、光催化等领域的广泛应用而备受关注。但是目前对具有不同形貌和尺寸的TiO2材料的研究和应用已经在许多领域不能满足日益扩大的要求了。为了拓展TiO2的性能,掺杂或与其他材料形成异质结是改善TiO2的一种有效途径,尤其是与过渡金属和氧化物的掺杂。在近年来已经合成了许多TiO2材料,TiO2复合材料可以表现出单个材料所不具备的新的化学和物理性质,这可能会在许多技术应用中产生新颖的性能。在复合材料中,对金属氧化物掺杂的TiO2的研究和应用在催化剂领域有着广泛的应用。
[0003] 多维度的纳米材料与未掺杂材料相比,由于其在电学、光学、热学和力学性能上的显著性质,而吸引了广泛的关注。随着纳米科学与技术的进一步发展,复合纳米材料也广泛应用制备电化学传感和生物传感。在金属氧化物中,TiO2的纳米片具有独特的性能,如:好的生物相容性和光敏性,有望用于光催化分解水等等。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结及其制备方法和应用。
[0005] 本发明提供一种Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结的制备方法,是以TiO2纳米片和Sr(NO3)2·8H2O为原料,在去离子水中发生水热反应后得到的;所述水热反应的条件为180℃,60分钟。
[0006] 作为优选,所述TiO2纳米片的制备方法为:
[0007] (1)将清洗干净的钛片放入聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入NaOH水溶液,进行水热反应,反应温度为180℃,反应时间为120分钟,清洗干燥后,得到黑色的Na2Ti3O7纳米片;将Na2Ti3O7纳米片浸泡在HCl中一段时间,得到H2Ti3O7纳米片;
[0008] (2)将步骤(1)得到的H2Ti3O7纳米片升温至500℃,加热保温120分钟,升温速率为10℃/min,退火后,得到退火后的TiO2纳米片。
[0009] 作为优选,所述NaOH与Sr(NO3)2·8H2O的摩尔比为:1:0.007。
[0010] 氢氧化钠不仅作为碱性反应条件,而且作为反应物质参与反应,进行腐蚀钛片,使得反应得到Na2Ti3O7纳米片,此物质是制备TiO2 纳米片的前驱体。NaOH与Sr(NO3)2·8H2O保持上述比例有利于反应得到形貌均匀的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结。
[0011] 作为优选,TiO2纳米片与Sr(NO3)2·8H2O在去离子水中进行水热反应后,冷却30分钟,然后依次用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤数次后,在60℃-70℃干燥6小时。
[0012] 本发明还提供应用上述方法制备得到的Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结。
[0013] 本发明还提供Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结在光催化分解水中的应用。
[0014] 本发明成功地将Sr2+掺入TiO2/SrTiO3中,提高了TiO2的光生载流子的分离效率,Sr2+的掺杂改善了TiO2/SrTiO3的光电化学性能,Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结材料在光催化分解水方面有着良好的应用。

实施方案

[0021] 以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为市售。
[0022] 实施例1
[0023] 本发明的Sr-TiO2/SrTiO3纳米异质结的制备方法为:
[0024] (1)剪钛箔和清洗钛片;
[0025] 首先将钛箔裁成2.5 cm ×1.5 cm大小的方块,得到钛片,先用洗涤剂洗三次,每次在超声波中超声20 min,除去表面油污,然后依次在丙酮、超纯水、无水乙醇中超声清洗,每次20 min。以上清洗过程重复三次,然后用超纯水冲洗表面,最后用 N2 吹干以备用。
[0026] (2)称量4.0 g NaOH溶解在100 mL二次蒸馏水中,形成均匀的溶液,以产生碱性反应条件。将一片钛片放入聚四氟乙烯内衬反应釜中,加入10mL配制的NaOH水溶液,然后再搅拌至溶液澄清,将高压反应釜放入烘箱中,控制反应温度为180 ℃,水热反应120 min后,取出反应釜,冷却30分钟,可以采取自然冷却或强制冷却。用所得样品依次用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤数次后在60℃-70℃干燥6-10小时,得到黑色的Na2Ti3O7纳米片。将这种Na2Ti3O7纳米片浸泡在100 mL 浓度为0.6 mol/L的HCl中120 min,目的是使得Na+和H+进行交换,得到H2Ti3O7纳米片。反应中所用的高压釜可以是任何类型的高压反应釜,只要其能够满足本发明方法的要求即可。
[0027] (3)将步骤(2)将所得到的H2Ti3O7纳米片放入管式炉中,升温至500℃,升温速率为10℃/min ,进行加热保温120 min ,退火后,得到退火后的TiO2纳米片。
[0028] 图1 为本发明的TiO2纳米片的扫描电子显微镜图;从图中我们可以看出所制备的材料为片状结构,形貌分布均匀并没有出现团聚或者其他结构,说明片状结构是成功制备的。
[0029] (4)将0.25 g Sr(NO3)2·8H2O 加入40mL去离子水中,搅拌至溶液澄清,将其加入含有一片步骤(3)制备的二氧化钛纳米片的聚四氟乙烯内衬反应釜中,在180℃下,水热反应60分钟后,取出反应釜,冷却30分钟。所得样品依次用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤数次后,在60℃-70℃干燥6小时,得到黑色的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结。
[0030] 图2为本发明的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的低倍电子显微镜图;从图中我们可以看出,片状结构上明显出现一层白色SrTiO3颗粒,这些颗粒均匀的分布在纳米片上,说明Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结是成功制备的。
[0031] 图3为本发明的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的高倍电子显微镜图。从它的高倍图中我们可以看出所制备的SrTiO3纳米粒子的大小为40-50 nm。
[0032] 在AM 1.5 G光照下,以Pt 片作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,以制备的不同样品薄膜(即步骤(3)制备的TiO2纳米片和步骤(4)制备的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结)作为工作电极, 1.0 M NaOH为电解液,在CHI660工作站上选用i-t curve技术测得的i-t curve曲线。
[0033] 图4为本发明的TiO2纳米片和Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的i-t curve图。从图中对比,我们发现Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的电流比原始的TiO2纳米片的电流密度大,进一步表明本发明所制备的这种复合材料有望应用于光催化分解水。
[0034] 在AM 1.5 G光照下,以Pt 片作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,以制备的不同样品薄膜(即步骤(3)制备的TiO2纳米片和步骤(4)制备的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结)作为工作电极, 1.0 M NaOH为电解液,在CHI660工作站上选用A.C Impedance技术,在0.5V vs Hg/HgCl2测得的电化学阻抗谱图。
[0035] 图5为本发明的TiO2纳米片和Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的阻抗谱图。从图中我们可以得出,Sr-TiO2/SrTiO3比原始的TiO2纳米片的阻值小,说明Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结和Sr2+掺杂进一步提高了其电荷分离,从而使其提高了导电性。
[0036] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

附图说明

[0015] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0016] 图1 为本发明的TiO2纳米片的扫描电子显微镜图;
[0017] 图2为本发明的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的低倍电子显微镜图;
[0018] 图3为本发明的Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的高倍电子显微镜图;
[0019] 图4本发明的TiO2纳米片和Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的i-t curve图;
[0020] 图5本发明的TiO2纳米片和Sr-TiO2/SrTiO3纳米片异质结的阻抗谱图。
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