量與Ta5+和W 6+的摩爾量之和的比值為I?
7.5:1,摩爾比Ta5+Iff6+= 0.99:0.01)經(jīng)過(guò)700°C、3h反應(yīng)之后得到產(chǎn)物的XRD圖譜;圖5 (b)是NaOH摩爾量與Ta5+和W6+的摩爾量之和的比值為1.25:1的混合物(其中，摩爾比Ta 5+:ff6+=0.99:0.01))經(jīng)過(guò)不同溫度下3h反應(yīng)之后得到產(chǎn)物的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027](I)按照設(shè)計(jì)的化學(xué)式NaTa1-ACVxNx (X = 0.01，即設(shè)計(jì)的化學(xué)式為NaTa0.99ff0.01O2.99Ν0.οι)稱取 Ta2O5^Na2WO4.2Η20 和 Ta3N5為原料，以及過(guò)量的 NaOH 原料。以上原料中Ta2O5和Ta 3Ν5作為鉭源，Ta 3Ν5作為摻雜的氮源，Na 2W04.2H20作為摻雜的鎢源。其中，W和N的摻雜量都是X = 0.01 ;摩爾比Ta5+:W6+= 0.99:0.01，其中，Ta的摩爾量為五氧化二鉭與氮源中的Ta元素摩爾量之和；為了保證熔融反應(yīng)的進(jìn)行，NaOH稍微過(guò)量，NaOH的摩爾量與Ta5+和W6+的摩爾量之和的比值為1.25:1ο以合成2mol的NaTa 0.9具.0102.具01為例，需要稱取 0.984mol 的 Ta2O5,4mmoI 的 Ta3N5,0.02mol 的 Na2WO4.2H20，以及 2.5mol 的NaOHo將原料在瑪瑙研缽中混合均勻，然后放入氧化鋁坩禍中，在氮?dú)夥諊乱悦糠昼?0°C的速率升溫至700 °C，然后在空氣中、700 °C熔融反應(yīng)3h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
[0028](2)將步驟⑴中得到的產(chǎn)物用稀硝酸溶液(體積濃度為10% )清洗3次，然后用去離子水清洗6次，然后在60°C的烘干箱中干燥得到白色產(chǎn)物。
[0029]實(shí)施例2、3、4、5
[0030]其他步驟同實(shí)施例1，不同之處為將步驟(I)中NaOH和Ta2O5的量分別改為2.5mol和 Imol，Na2WO4.2H20 和 Ta3N5的量為 0，從而使 X = O-M NaOH, Ta 205、Ta3N5和 Na 2W04.2H20的量分別改為 2.5mol、0.952mol、0.012mol 和 0.06mol 使摻雜量 x = 0.03 ;將 Na0H、Ta205、Ta3N5和 Na 2W04.2H20 的量分別改為 2.5mol、0.92mol、0.02mol 和 0.1mol 使得摻雜量 x =
0.05 4fNa0H、Ta205、Ta3N5和Na2WO4.2Η20 的量分別改為 2.5mol、0.84mol、0.04mol 和0.2mol使摻雜量X = 0.1。
[0031]隨著W和N摻雜量的升高，得到摻雜他了&03樣品的顏色逐漸由白色變?yōu)闇\黃色和黃色，這表明制備的摻雜NaTaO3對(duì)可見(jiàn)光的吸收率升高。制備產(chǎn)物的XRD圖譜(圖1)表明，當(dāng)摻雜含量X < 0.1時(shí)，基本上可以得到了單相的NaTaO3樣品，并沒(méi)有鎢酸鹽雜質(zhì)相出現(xiàn)。對(duì)不同摻雜濃度的樣品的化學(xué)成分進(jìn)行了能譜分析(圖2)，隨著X從0.01逐漸升高到
0.1，得到的最終產(chǎn)物的化學(xué)式依次為 NaTa0.997ff0._。2.9具 _、NaTa0.985ff0.02102.960N0.035、NaTa0.967W0.039O2.94lN0.042^ NaTa Q.942Wq.Q5102.931Nq.Q69。制備的摻雜產(chǎn)物的化學(xué)式與設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量比基本接近，說(shuō)明摻雜物質(zhì)有效地進(jìn)入到NaTaO3晶格中，并且形成了有效的電荷補(bǔ)償共摻雜。制備的NaTahWxCVxNx樣品的紫外_可見(jiàn)吸收?qǐng)D譜(圖3)表明，W和N摻雜NaTaO 3的吸收邊紅移到了可見(jiàn)光區(qū)域的500nm處。并且隨著摻雜濃度升高，對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域的吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，這也從另一個(gè)方面證實(shí)了摻雜的W和N逐漸進(jìn)入到基質(zhì)的晶格中。
[0032]通過(guò)光催化降解有機(jī)染料羅丹明B的實(shí)驗(yàn)來(lái)分析制備的摻雜NaTaO3的光催化效率。降解實(shí)驗(yàn)所用的光源是功率為500W的氙燈(CHF-XM-500W，Trusttech，中國(guó))，光源的強(qiáng)度為53mW/cm2，該光源用420nm的濾光片截?cái)?，以保證照射到樣品上的是可見(jiàn)光。取濃度為20ppm的羅丹明B溶液裝入石英容器中，并加入60mg制備的未摻雜和摻雜的NaTaC^f化劑。將混合溶液置于離光源30cm處，在黑暗環(huán)境中照射60min以保證吸附/脫附平衡，然后每隔30min取樣4ml，高速離心之后取上部澄清溶液，并通過(guò)UV-Vis測(cè)量其特征吸收峰的強(qiáng)度以計(jì)算光降解率。如圖4所示，在可見(jiàn)光照射下，少量的W和N共摻雜即可使NaTaO3對(duì)羅丹明B的催化降解效率獲得極大的提高。
[0033]實(shí)施例6、7、8、9
[0034]其他步驟同實(shí)施例1，不同之處為將步驟(I)中反應(yīng)物中NaOH的量分別變?yōu)?mol、8mol、1mol和15mol，使NaOH的摩爾量與Ta5+和Mo 6+的摩爾量之和的比值為分別改為 1:1,4:1,5:1 和 7.5:1。
[0035]采用X射線衍射儀(XRD)分析上述實(shí)施例制備產(chǎn)物的物相組成，結(jié)果如圖5(a)所示。當(dāng)NaOH的摩爾量與鉭和鎢的摩爾量之和為1:1至4:1時(shí)，在700°C反應(yīng)3h可以得到單相的NaTaO3產(chǎn)物；當(dāng)反應(yīng)原料的摩爾比高于5:1時(shí)，得到的是非晶相的NaTaO 3。因此，采用氫氧化鈉熔融法合成NaTaOJt，原料中NaOH的摩爾量與鉭和鉬的摩爾量之和應(yīng)為I?4:1。實(shí)施例 10、11、12、13
[0036]其他步驟同實(shí)施例1，不同之處為將步驟(I)中的反應(yīng)溫度分別變?yōu)?00、500、600和 800。。。
[0037]圖5 (b)實(shí)例中的混合原料在不同溫度下熔融反應(yīng)得到產(chǎn)物的XRD圖譜。在400°C固相反應(yīng)得到的產(chǎn)物中含有大量的Ta2O5;而經(jīng)過(guò)500°C熔融反應(yīng)3h就可以得到單相的NaTaO3;隨著反應(yīng)溫度逐漸升高至800°C，得到的單相NaTaO 3產(chǎn)物的X射線衍射峰的半峰寬逐漸變窄，表明隨著溫度升高產(chǎn)物的結(jié)晶度增大。
[0038]實(shí)施例14、15
[0039]將實(shí)施例1步驟(I)中的熔融反應(yīng)時(shí)間分別改為I和10h，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例I相同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0040]實(shí)施例16
[0041]將實(shí)施例1步驟(I)中的反應(yīng)氣氛改為氬氣，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0042]實(shí)施例17、18
[0043]將實(shí)施例1步驟(2)中的烘干溫度改為50和180°C，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0044]實(shí)施例19、20
[0045]將實(shí)施例1步驟⑵中的稀硝酸溶液分別改為稀鹽酸和稀硫酸溶液(體積濃度為10% )，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0046]實(shí)施例21、22
[0047]將實(shí)施例1步驟⑴中的摻雜N源由Ta3N5分別改為TaON和Ta 4N5，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0048]實(shí)施例23
[0049]將實(shí)施例1步驟⑴中的摻雜W源由鎢酸鈉(Na2WO4.2H20)改為鎢酸銨((NH4)10W12O41.5H20)，其他各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0050]本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉，其特征為該材料的化學(xué)組成式為:NaTahWxCVxNx;其中，x = 0.0l ?0.1。
2.如權(quán)利要求1所述的鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉的制備方法，其特征為包括如下步驟: (1)稱量氫氧化鈉、五氧化二鉭、摻雜氮源和摻雜鎢源；將以上稱量產(chǎn)物混合后研磨，得到反應(yīng)原料； 所述的摻雜N源為氮化鉭或者氧氮化鉭，所述的摻雜W源為鎢酸鹽； 其中，摻雜氮源中的N元素的摩爾量與摻雜鎢源中的W元素的摩爾量相同；摩爾比Ta:ff = (1-χ):x，X = 0.01?0.1，其中，Ta的摩爾量為五氧化二鉭與氮源中的Ta元素摩爾量之和；物料中，NaOH的摩爾量與Ta5+和W6+的摩爾量之和的比值為I?4:1 ; (2)將步驟(I)中配制的反應(yīng)原料置于保護(hù)氣氛中以每分鐘I?30°C的速率升溫至500?800°C熔融反應(yīng)I?10小時(shí)，然后在保護(hù)氣氛下降溫至室溫得到反應(yīng)產(chǎn)物；其中，保護(hù)氣氛為氮?dú)?、氬氣或兩者的混合氣體； (3)用稀酸溶液和去離子水清洗步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物，然后再50?180°C烘干即可以得到摻雜鉭酸鈉產(chǎn)物。
3.如權(quán)利要求2所述的鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉的制備方法，其特征為所述的稀酸溶液包括稀硝酸、稀鹽酸或者稀硫酸溶液。
4.如權(quán)利要求2所述的鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉的制備方法，其特征為所述的氮化鉭為Ta3N5或 Ta 4N5。
5.如權(quán)利要求2所述的鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉的制備方法，其特征為所述的鎢酸鹽為鎢酸鈉和鎢酸銨。
【專利摘要】本發(fā)明為一種鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉，該材料的化學(xué)組成式為NaTa1-xWxO3-xNx；其中，x＝0.01～0.1。所述的鎢和氮共摻雜的鉭酸鈉的制備方法，包括如下步驟：(1)稱量氫氧化鈉、五氧化二鉭、摻雜N源和摻雜W源；將以上稱量產(chǎn)物混合后研磨，得到反應(yīng)原料；所述的摻雜N源為氮化鉭或者氧氮化鉭，所述的摻雜W源為鎢酸鹽；(2)將步驟(1)中配制的反應(yīng)原料在保護(hù)氣氛中升溫至500～800℃熔融反應(yīng)1～10小時(shí)，降溫至室溫得到反應(yīng)產(chǎn)物；(3)用去離子水和稀酸溶液清洗步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物，然后在50～180℃烘干即可以得到摻雜鉭酸鈉產(chǎn)物。本發(fā)明合成的W和N共摻雜的NaTaO3在可見(jiàn)光照射下對(duì)羅丹明B溶液具有極高的光催化降解效率。
【IPC分類】B01J27-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104549405
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410763594
【發(fā)明人】徐學(xué)文, 白英豪, 王賽, 唐成春
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日