背景及概述^[1][2]

光催化凈化技術(shù)應(yīng)用于大氣和水污染治理具有獨(dú)特的使用效果，已經(jīng)被應(yīng)用于許多具 體的環(huán)境污染治理過程。在過去的研究過程中，主要的工作是圍繞新型高活性光催化材料 的制備與應(yīng)用。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的開發(fā)和改進(jìn)，目前的研究重點(diǎn)是該技術(shù)的進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng) 用。在這個(gè)過程中，材料的選擇和對具體工藝過程的適應(yīng)性就顯得尤為重要。

光催化技術(shù)和 相關(guān)產(chǎn)品主要用于小型民用產(chǎn)品和小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，對其在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的主 要制約因素是光催化材料。含鈦化合物是光催化材料的主體，其中最主要的是氧化鈦，受到 研究者重點(diǎn)關(guān)注的鈦酸鹽是當(dāng)前極有應(yīng)用潛力的一類新型光催化材料。鈦酸鑭材料在各類 環(huán)境污染凈化過程具有令人滿意的性能，尤其是對可見光能的利用使其具有較低的使用成 本。

鈦酸鑭屬于ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，是一種 新型的人工合成的功能陶瓷粉末?？梢杂米鲏弘姴牧?、光電材料、鐵電材料等。由于鈦酸鑭 是典型的層狀鈣鈦礦( A2B2O7) 型稀土復(fù)合金屬氧化物，具有催化活性高、光量子效率大等 優(yōu)點(diǎn)，能夠高效利用光能，因而在光解水制氫、有機(jī)物分解、環(huán)境治理等方面具有十分廣泛 用途。

鈦酸鑭以往的合成方法一般采用傳統(tǒng)的固相高溫方法，該方法不僅能耗高，而且 長時(shí)間的燒結(jié)，合成的產(chǎn)品粒徑大而且分布不均勻從而影響了其使用性能。如何采用經(jīng)濟(jì) 合理的工藝路線，合成出純度高、粒徑小且分布均勻的產(chǎn)品，已經(jīng)成為科研工作者的重點(diǎn)研 究課題。

目前對于鈦酸鑭的研究較多，但大多合成方法并不簡便。鈦酸鑭是一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，它在很多方面具有優(yōu)良的性質(zhì)，如 室溫導(dǎo)電性和制備成本低廉等。鈦酸鑭導(dǎo)電薄膜材料的這些優(yōu)良性質(zhì)決定了鈦酸鑭導(dǎo)電薄 膜不僅可以作為鐵電薄膜的底電極，而且可以作為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電導(dǎo)電薄膜的緩沖 層使用。在眾多制備鈦酸鑭導(dǎo)電薄膜材料的方法中，化學(xué)溶液沉積法具有制備工藝簡單，反 應(yīng)溫度低且反應(yīng)易于進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。

理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)^[1]

鈦酸鑭晶體La2Ti2O7屬于單斜晶系，類鈣鈦礦結(jié) 構(gòu)，室溫下的空間群為P21。鈦酸鑭晶體晶體具有良好的鐵電、光催化、電光特性，在 光、電領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。它具有非常高的居里溫度(1500℃)和 很大的矯頑場(45kV/cm)，可以應(yīng)用在高溫的電光設(shè)備及信息存儲器上，如 高溫變頻器、鐵電隨機(jī)存取存儲器(FRAM)等。

近年來，微波技術(shù)得到了快 速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益廣泛，因此開發(fā)新型高性能微波介質(zhì)材料 的工作也就越來越受到廣大科研人員的重視，鈦酸鑭晶體晶體具有高的介電常數(shù) (εr＝42-62)，低的介電溫度系數(shù)和介電損耗(100kHz-1MHz)，因此它作為 一種重要的微波介質(zhì)材料已經(jīng)在國內(nèi)外成為了研究熱點(diǎn)。同時(shí)，它還具有很好 的壓電特性，可用于制作高溫傳感器和微波壓電體等器件。

此外，鈦酸鑭晶體還具有 優(yōu)秀的光催化活性，在水分解反應(yīng)、燃料電池和其他能量轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面具有 良好的應(yīng)用前景。特別在中國，稀土元素種類繁多，儲量豐富，為鈦酸鑭晶體晶體的 研究提供了得天獨(dú)厚的平臺。

隨著研究的深入，人們還發(fā)現(xiàn)鈦酸鑭晶體可作為性能優(yōu)異的涂層材料而應(yīng)用在光 電子器件的制造中，如顯示技術(shù)、成像技術(shù)、光輸出和光集成的器件等。鈦酸鑭晶體 涂層材料具有穩(wěn)定的高的折射率、高的均質(zhì)性和高的透過率。目前，鈦酸鑭晶體作為 涂層材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高性能光電器件的制造上，而我國在此領(lǐng)域尚處于空 白狀態(tài)；至于在精密光學(xué)制造平臺上，由于缺乏先進(jìn)地材料，我國也處于低端 技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)階段。

目前，用于制備鈦酸鑭晶體涂層材料的靶材大多采用多晶陶瓷，主要通過低溫水 熱合成法、溶膠-凝膠法、高溫固相合成法、沉淀法、有機(jī)金屬分解法等方法 來制備。多晶陶瓷鈦酸鑭晶體雖然制備容易，但在制備過程中容易引入雜質(zhì)，形成大 量氣孔，并且難以保證成分和結(jié)構(gòu)的均勻性，而這些因素對制備高質(zhì)量的鈦酸鑭晶體 薄膜起著決定性的作用。

鈦酸鑭

制備 ^[2]

步驟1：合成鈦酸鑭溶膠。

步驟1.1：在500 mL三口圓底燒瓶加入170~190 mL無水乙醇、75~85 mL丙酮和26~ 33 mL 對二甲苯，然后裝上攪拌器、測溫?zé)犭娕己颓蛐卫淠?，球形冷凝管連接自來水起到 冷卻作用，500 mL三口圓底燒瓶置于恒溫電熱包中。

步驟1.2：保持500 mL三口圓底燒瓶中溶液溫度為60 ℃，持續(xù)加熱回流30 min,同 時(shí)攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為60rpm，隨后加入36~39 mL鈦酸異丙醇酯、3.7~3.9 mL 三叔丁基異丙 銨的25%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）乙醇溶液 和3.1~3.3 mL導(dǎo)向劑ART-113，保持溶液溫度為60 ℃，加 熱回流30 min，同時(shí)攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速為60rpm，形成溶液。

步驟1.3：在磁力攪拌恒溫水浴鍋中放置200 mL燒杯，向200 mL燒杯中加入61~65 mL蒸餾水，保持水浴水溫為60 ℃。將6.1~6.3 g硝酸鑭、2.5~2.6 g氯化銨、2.5~2.7 g 草酸 鈉和1.6~1.7 g分散劑TO-125分別加入蒸餾水中，連續(xù)攪拌直至所有物質(zhì)完全溶解，形成第 二溶液。

步驟1.4：在500 mL三口圓底燒瓶內(nèi)將第二溶液加入溶液中，再加入0.1-0.3g 無水檸檬酸，安裝攪拌器、測溫?zé)犭娕己颓蛐卫淠?，?0 ℃加熱回流30 min，同時(shí)攪拌器 攪拌轉(zhuǎn)速為60rpm，形成透明狀鈦酸鑭溶膠。

主要參考資料

[1] 石國英, & 朱曉旭. (2009). 鈦酸鑭氧氮化物粉體的制備與表征. 硅酸鹽通報(bào), 28(3), 431-434.

[2] 劉敏, 朱?？? & 周洪慶. (2006). 鈦酸鎂/鈦酸鑭復(fù)相陶瓷性能的研究. 材料導(dǎo)報(bào), 20(f11), 349-350.

[3] 冉少念, 陳剛, 符春林, 蔡葦, & 向煉. (2012). Ta摻雜鈦酸鑭陶瓷的鐵電和介電性能研究. 壓電與聲光, 34(6), 912-914.