本發(fā)明涉及一種超薄氫鍶鉍鈮氧(H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇)納米片的制備方法，屬于光催化納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光催化劑可以將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電能并用于降解污染物和獲得清潔能源，從而有望解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。因此，高效光催化劑的制備至關(guān)重要。近年來，許多種光催化劑被開發(fā)出來并應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。其中，二維材料尤其是無機(jī)超薄納米片因具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電荷傳輸能力和光催化性能而備受關(guān)注。在這些二維材料中，有一類含有d⁰電子的過渡金屬(Nb⁵⁺,Ti⁴⁺,Ta⁵⁺)的層狀氧化物，如HNb₃O₈,HCa₂Nb₃O₁₀,A₂Ti₄O₉(A＝K,H)，A₂La₂Ti₃O₁₀^-(A＝K,Rb,Cs),H_1.81Sr_0.81Bi_0.19Ta₂O₇和Ca₂Nb₂TaO₁₀^-以及分子式為(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1M_mO_3m+1)^2–的拉維斯相材料等都被報(bào)道應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。尤其是分子式為(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1M_mO_3m+1)^2–的拉維斯相材料，這種材料可以看成是(Bi₂O₂)²⁺層和(A_m-1M_mO_3m+1)^2–鈣鈦礦層交替排列形成的。在這類材料中，A和M位置可以被很多金屬陽離子(如：A＝Ca,Sr,Ba；M＝Nb,Ta)取代從而衍生出很多具有優(yōu)異物理性能如鐵電性、熒光性和磁性的新材料。然而這類材料通常是采用高溫固相法合成的，其煅燒溫度通常高于1000℃，煅燒時(shí)間通常多于3天，大大增加了其合成的工藝成本，限制了其實(shí)際應(yīng)用。另外，這類拉維斯相光催化劑可以通過質(zhì)子交換和進(jìn)一步的化學(xué)液相剝離得到超薄納米片。和原始材料相比，這種剝離后的超薄納米片因片層更薄而具有更大比表面積和更強(qiáng)的光生載流子的分離能力，從而表現(xiàn)出更加優(yōu)異的光催化性能。已有的得到超薄納米片的方法基本都是采用傳統(tǒng)的液相化學(xué)剝離質(zhì)子交換的拉維斯相氧化物。然而這種傳統(tǒng)的液相化學(xué)剝離方法所需時(shí)間很長(zhǎng)(至少5天)，這也限制了其實(shí)際應(yīng)用。目前尚沒有能夠有效地縮短超薄納米片制備時(shí)間的有效技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種超薄氫鍶鉍鈮氧納米片的制備方法，該方法采用熔鹽法合成SrBi₂Nb₂O₉納米片，將SrBi₂Nb₂O₉納米片分散到鹽酸溶液中進(jìn)行質(zhì)子交換反應(yīng)，再用超聲波粉碎機(jī)械剝離質(zhì)子交換后的產(chǎn)物，即可得到超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，與傳統(tǒng)的高溫固相法方法相比，本發(fā)明使用熔鹽法合成SrBi₂Nb₂O₉納米片，不同于傳統(tǒng)的液相化學(xué)剝離制備超薄納米片的方法，本發(fā)明首次采用超聲波粉碎技術(shù)成功制備出超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，大大減少制備超薄納米片的時(shí)間。

本發(fā)明所述的一種超薄氫鍶鉍鈮氧納米片的制備方法，其特征在于該方法采用熔鹽法合成SrBi₂Nb₂O₉納米片，將SrBi₂Nb₂O₉納米片分散到鹽酸溶液中進(jìn)行質(zhì)子交換反應(yīng)，再用超聲波粉碎機(jī)械剝離質(zhì)子交換后得產(chǎn)物，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

a、按摩爾比為1:1:1稱取SrCO₃,Bi₂O₃,Nb₂O₅，再按SrBi₂Nb₂O₉納米片和NaCl,KCl兩者的總質(zhì)量比為1:1稱取NaCl和KCl，將稱量好的原料置于瑪瑙研缽中研磨40min，然后將研磨好的原料置于管式爐中煅燒，煅燒的溫度為800-1200℃，時(shí)間為3h，反應(yīng)結(jié)束，用2L去離子水抽濾洗滌所得樣品，然后將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中溫度80℃干燥2h，得到SrBi₂Nb₂O₉納米片；

b、將步驟a得到的SrBi₂Nb₂O₉納米片10g分散到體積為1L，摩爾濃度為3M的鹽酸溶液中，在溫度25℃下磁力攪拌3天，然后用去離子水洗滌所得樣品并離心，重復(fù)數(shù)次，直至離心所得上清液呈中性為止，再將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2h，得到質(zhì)子交換后的產(chǎn)物H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片；

c、將步驟b得到的H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片2-5g分散到體積為1L，摩爾濃度為0.05-0.4M的乙胺水溶液中，然后置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，采用超聲波粉碎機(jī)械剝離H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，超聲波功率為20-150W，超聲時(shí)間為20min-150min，然后用50ml去離子水洗滌所得樣品，離心，洗滌過程重復(fù)6次，最后將洗滌所得樣品室溫下放置12小時(shí)，即得到超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片。

步驟a中煅燒的溫度為1000℃。

步驟c中H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片為3g。

步驟c中乙胺水溶液的濃度為0.1M。

步驟c中超聲波功率為100W。

步驟c中超聲時(shí)間為120min。

本發(fā)明所述一種超薄氫鍶鉍鈮氧納米片的制備方法，該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所采用的制備超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片的方法更加簡(jiǎn)單有效，所需時(shí)間更短。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的低分辨透射電子顯微鏡圖，其中標(biāo)尺長(zhǎng)度為500nm，插圖為其選區(qū)電子衍射圖，通過低分辨透射電子顯微鏡圖可以看出，超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片為二維超薄納米片結(jié)構(gòu)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的原子力顯微鏡圖和對(duì)應(yīng)的厚度直方圖，其中(a)為原子力顯微鏡圖，(b)為對(duì)應(yīng)的厚度直方圖，三個(gè)納米片分別標(biāo)記為1,2,3，通過圖2可以看出，超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片為二維超薄納米片結(jié)構(gòu)，平均厚度為3.5nm；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中SrBi₂Nb₂O₉納米片和超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片光催化分解水產(chǎn)H₂量隨光照時(shí)間變化關(guān)系圖，其中(a)為SrBi₂Nb₂O₉納米片，(b)超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，通過該圖可以看出，超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片光催化分解水產(chǎn)H₂性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于SrBi₂Nb₂O₉納米片。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明不僅限于下述的實(shí)施例：

實(shí)施例1

a、按摩爾比為1:1:1稱取SrCO₃,Bi₂O₃,Nb₂O₅，再按SrBi₂Nb₂O₉納米片和NaCl,KCl兩者的總質(zhì)量比為1:1稱取NaCl和KCl，將稱量好的原料置于瑪瑙研缽中研磨40min，然后將研磨好的原料置于管式爐中煅燒，煅燒的溫度為800℃，時(shí)間為3h，反應(yīng)結(jié)束，用2L去離子水抽濾洗滌所得樣品，然后將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中溫度80℃干燥2h，得到SrBi₂Nb₂O₉納米片；

b、將步驟a得到的SrBi₂Nb₂O₉納米片10g分散到體積為1L，摩爾濃度為3M的鹽酸溶液中，在溫度25℃下磁力攪拌3天，然后用去離子水洗滌所得樣品并離心，重復(fù)數(shù)次，直至離心所得上清液呈中性為止，再將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2h，得到質(zhì)子交換后的產(chǎn)物H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片；

c、將步驟b得到的H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片2g分散到體積為1L，摩爾濃度為0.05M的乙胺水溶液中，然后置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，采用超聲波粉碎機(jī)械剝離H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，超聲波功率為20W，超聲時(shí)間為20min，然后用50ml去離子水洗滌所得樣品并離心，洗滌過程重復(fù)6次，最后將洗滌所得樣品室溫下放置12小時(shí)，即得到超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片。

實(shí)施例2

a、按摩爾比為1:1:1稱取SrCO₃,Bi₂O₃,Nb₂O₅，再按SrBi₂Nb₂O₉納米片和NaCl,KCl兩者的總質(zhì)量比為1:1稱取NaCl和KCl，將稱量好的原料置于瑪瑙研缽中研磨40min，然后將研磨好的原料置于管式爐中煅燒，煅燒的溫度為1000℃，時(shí)間為3h，反應(yīng)結(jié)束，用2L去離子水抽濾洗滌所得樣品，然后將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中溫度80℃干燥2h，得到SrBi₂Nb₂O₉納米片；

b、將步驟a得到的SrBi₂Nb₂O₉納米片10g分散到體積為1L，摩爾濃度為3M的鹽酸溶液中，在溫度25℃下磁力攪拌3天，然后用去離子水洗滌所得樣品并離心，重復(fù)數(shù)次，直至離心所得上清液呈中性為止，再將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2h，得到質(zhì)子交換后的產(chǎn)物H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片；

c、將步驟b得到的H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片3g分散到體積為1L，摩爾濃度為0.1M的乙胺水溶液中，然后置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，采用超聲波粉碎機(jī)械剝離H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，超聲波功率為100W，超聲時(shí)間為120min，然后用50ml去離子水洗滌所得樣品并離心，洗滌過程重復(fù)6次，最后將洗滌所得樣品室溫下放置12小時(shí)，即得到超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片。

實(shí)施例3

a、按摩爾比為1:1:1稱取SrCO₃,Bi₂O₃,Nb₂O₅，再按SrBi₂Nb₂O₉納米片和NaCl,KCl兩者的總質(zhì)量比為1:1稱取NaCl和KCl，將稱量好的原料置于瑪瑙研缽中研磨40min，然后將研磨好的原料置于管式爐中煅燒，煅燒的溫度為1200℃，時(shí)間為3h，反應(yīng)結(jié)束，用2L去離子水抽濾洗滌所得樣品，然后將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中溫度80℃干燥2h，得到SrBi₂Nb₂O₉納米片；

b、將步驟a得到的SrBi₂Nb₂O₉納米片10g分散到體積為1L，摩爾濃度為3M的鹽酸溶液中，在溫度25℃下磁力攪拌3天，然后用去離子水洗滌所得樣品并離心，重復(fù)數(shù)次，直至離心所得上清液呈中性為止，再將洗滌所得樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2h，得到質(zhì)子交換后的產(chǎn)物H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片；

c、將步驟b得到的H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片5g分散到體積為1L，摩爾濃度為0.4M的乙胺水溶液中，然后置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，采用超聲波粉碎機(jī)械剝離H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片，超聲波功率為150W，超聲時(shí)間為150min，然后用50ml去離子水洗滌所得樣品并離心，洗滌過程重復(fù)6次，最后將洗滌所得樣品室溫下放置12小時(shí)，即得到超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片。

實(shí)施例4

將本發(fā)明實(shí)施例2所得到的超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片應(yīng)用于光催化分解水產(chǎn)H₂，其實(shí)驗(yàn)步驟如下：取100mg本發(fā)明實(shí)施例2所得到的超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片并置于石英反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入20ml甲醇和80ml去離子水，然后蓋上石英蓋子后抽真空，其中石英蓋子通溫度6℃循環(huán)冷卻水用以吸收紅外光所產(chǎn)生的熱，石英反應(yīng)器底部加上一個(gè)磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，最后打開光源為PLS SXE 300的氙燈，不加濾光片，采用全光譜照射，每隔1小時(shí)采集一次氣體，并用安捷倫氣相色譜儀(Agilent GC 7890 A)檢測(cè)產(chǎn)生H₂氣體的量，結(jié)果見圖3。

實(shí)施例5(對(duì)比)

為了驗(yàn)證實(shí)施例2所得到的超薄H_1.78Sr_0.78Bi_0.22Nb₂O₇納米片性能優(yōu)于SrBi₂Nb₂O₉納米片，測(cè)試相同條件下SrBi₂Nb₂O₉納米片光催化分解水產(chǎn)H₂性能，其實(shí)驗(yàn)步驟如下：取100mg本發(fā)明實(shí)施例2所得到的SrBi₂Nb₂O₉納米片并置于石英反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入20ml甲醇和80ml去離子水，然后蓋上石英蓋子后抽真空，其中石英蓋子通溫度6℃循環(huán)冷卻水用以吸收紅外光所產(chǎn)生的熱，石英反應(yīng)器底部加上一個(gè)磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，最后打開光源為PLS SXE 300的氙燈，不加濾光片，采用全光譜照射，每隔1小時(shí)采集一次氣體，并用安捷倫氣相色譜儀(Agilent GC 7890 A)檢測(cè)產(chǎn)生H₂氣體的量，結(jié)果見圖3。