本發(fā)明涉及一種稀土摻雜BaTiO₃納米管陣列光催化劑及其制備方法，屬于納米材料制備技術領域和光催化技術領域。

背景技術：

鈦酸鋇是一種典型的鈣鈦礦型鐵電體，多年來BaTiO₃的應用研究主要集中于換能器、敏感元件和電容器等領域。對鈦酸鋇納米材料的制備主要為納米晶，另外還有鈦酸鋇納米棒、薄膜等。近年來，人們發(fā)現BaTiO₃作為鈣鈦礦型氧化物也是一類光催化劑，在紫外光或可見光照射下同樣能產生光生電子和光生空穴，這使其在光催化領域具有廣泛的應用前景，鈦酸鋇在光催化領域的應用對其形貌提出了新的要求。納米管陣列結構可以使電荷載流子擴散路徑被拉長，克服了常規(guī)金屬氧化物光生電子和空穴易發(fā)生復合的缺點。陽極氧化鋁模板法是制備納米管陣列的常用方法，但是這種方法受到模板的限域作用，離子在模板通道內擴散速率慢，路徑長，反應時間長，反應時間過長容易導致模板變形、斷裂，反應物發(fā)生水解。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現有技術的不足，提出了一種稀土摻雜BaTiO₃納米管陣列光催化劑及其制備方法，對促進鈦酸鋇在光催化領域的應用具有重要意義。

實現本發(fā)明目的所采用的技術解決方案為：一種稀土摻雜BaTiO₃納米管陣列光催化劑的制備方法，其步驟為：

a、將50-100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；并將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，模板將反應器隔離成兩部分形成雙室反應器；

b、在雙室反應器的一側按照一定的摩爾比加入Ti(OC₄H₉)₄和硝酸銀溶液；在雙室反應器的另一側加入等濃度、等體積的硝酸鋇溶液，然后在按照與硝酸鋇一定的摩爾比加入稀土硝酸鹽溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；

c、在空氣中靜置4-10小時；取出模板后在紅外燈下烘干，然后在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升至750℃保溫1小時，進行退火處理；

d、用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得稀土摻雜鈦酸鋇納米管陣列。

其中，步驟b所述的Ti(OC₄H₉)₄和硝酸鋇溶液的濃度為0.01-0.1M，硝酸銀溶液與Ti(OC₄H₉)₄溶液的摩爾比為1:10；稀土硝酸鹽與硝酸鋇的摩爾比為(0.1-1.0):10。

本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點：本發(fā)明以雙通的有序多孔氧化鋁為模板，將雙通多孔氧化鋁模板豎直插入到反應器中央并固定，使模板將反應器隔離成相等的兩部分形成雙向反應器，保證兩側的反應物只通過雙通多孔氧化鋁模板相互擴散；在雙室反應器兩側分別通入Ti(OC₄H₉)₄和硝酸鋇，在較短的時間內實現了離子在模板孔道內的相互擴散，防止了氧化鋁模板坍塌、斷裂。以硝酸銀作為穩(wěn)定劑，加入Ti(OC₄H₉)₄溶液，延遲凝膠化時間，得到長期穩(wěn)定的溶膠，確保反應結束前Ti(OC₄H₉)₄以溶膠的形式存在。

另外，本發(fā)明考慮到Ti(OC₄H₉)₄和硝酸鋇在水介質中的粘度和擴散速率的差異容易使生成物偏離化學計量比，首次采用濃度補償法，在加入Ti(OC₄H₉)₄的同時加入硝酸銀溶液，控制最終產物實現理想的化學計量比，實現了多種陽離子在相同時間內在孔道中的均勻擴散，從而保證了產物的微觀結構、電學性能和光催化特性。

此外，鈦酸鋇納米管陣列結構可以拉長電荷載流子的擴散路徑，減少了光生電子和空穴復合；同時本發(fā)明利用稀土金屬與鈦酸鋇復合，構建稀土摻雜BaTiO₃納米管陣列異質光催化材料，提高了光生電子-空穴的分離效率。

具體實施方式

本發(fā)明下面結合實施例作進一步詳述：

實施例1：

將100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，將反應器隔離成兩部分形成雙室反應器；在雙室反應器的一側加入0.1M的Ti(OC₄H₉)₄和0.01M的硝酸銀溶液；在雙室反應器的另一側加入0.1M的硝酸鋇溶液，再加入0.005M硝酸鑭溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；在空氣中靜置4-10小時；取出模板后在紅外燈下烘干，馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升至750℃保溫1小時，進行退火處理；用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得鑭摻雜鈦酸鋇納米管陣列。

實施例2：

將100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，將反應器隔離成兩部分形成雙室反應器；在雙室反應器的一側加入0.1M的Ti(OC₄H₉)₄和0.01M的硝酸銀溶液；在雙室反應器的另一側加入0.1M的硝酸鋇溶液，再加入0.005M硝酸鈰溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；在空氣中靜置4-10小時；取出模板后在紅外燈下烘干，在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升至750℃保溫1小時進行退火處理；用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得鈰摻雜鈦酸鋇納米管陣列。

實施例3：

將100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，將反應器隔離成兩部分形成雙向反應器；在雙室反應器的一側加入0.1M的Ti(OC₄H₉)₄和0.01M的硝酸銀溶液；在雙室反應器的另一側加入0.1M的硝酸鋇溶液，加入0.005M硝酸鐠溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；在空氣中靜置4-10小時；取出模板后在紅外燈下烘干，在馬弗爐中以5℃每分的升溫速率升至750℃保溫1小時進行退火處理；用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得鐠摻雜鈦酸鋇納米管陣列。

實施例4：

將100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，將反應器隔離成兩部分形成雙向反應器；在雙室反應器的一側加入0.5M的Ti(OC₄H₉)₄和0.05M的硝酸銀溶液；在雙室反應器的另一側加入0.5M的硝酸鋇溶液，加入0.005M硝酸鐠溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；在空氣中靜置4-10小時；取出模板后在紅外燈下烘干，在馬弗爐中以5℃每分的升溫速率升至750℃保溫1小時進行退火處理；用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得鐠摻雜鈦酸鋇納米管陣列。

對比實施例1：

將100nm孔徑的陽極氧化鋁模板用5wt％磷酸浸泡，去除底部致密的氧化鋁阻擋層，得到雙通的多孔氧化鋁模板；將雙通多孔氧化鋁模板裝入反應器中間，固定，將反應器隔離成兩部分形成雙向反應器；在雙室反應器的一側加入0.1M的Ti(OC₄H₉)₄溶液；在雙室反應器的另一側加入0.1M的硝酸鋇溶液，加入0.005M硝酸鐠溶液，兩側溶液的pH值都控制在3-6；在空氣中靜置4-10小時；靜置8小時后發(fā)現Ti(OC₄H₉)₄出現絮凝狀沉淀，取出模板后在紅外燈下烘干，在馬弗爐中以5℃每分鐘的升溫速率升至750℃保溫1小時進行退火處理；用2mol/L的NaOH溶液除去產物中多余的氧化鋁模板后得鐠摻雜鈦酸鋇納米管陣列。將得到的稀土摻雜鈦酸鋇納米管陣列采用放電等離子體原子光譜(ICP)測定原子比例，發(fā)現Ba、Ti摩爾比大于1，說明部分Ti⁴⁺發(fā)生了水解，沒有完全與鋇離子發(fā)生反應，使鈦酸鋇偏離了化學計量比，鈦酸鋇偏離化學計量比將會對產物的微觀結構、電學性能和光催化特性產生重要的影響。