一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟：(1)將草酸鈮或草酸鈮銨和氯化鈉，按照摩爾比配料，溶解在去離水中；(2)在瑪瑙研缽中研磨，且在研磨過程中滴加無水乙醇；(3)將得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中烘干；(4)將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫，保溫，然后自然冷卻至室溫；(5)將得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌；(6)將所得的粉體放入真空干燥箱中干燥，即得到立方相鈮酸鈉納米粉體。本發(fā)明解決了立方相鈮酸鈉難以制備的困難，所采用的制備工藝耗時短、能耗低，且適合大規(guī)模生產(chǎn)，所制備的立方相鈮酸鈉納米粉體具有吸附能力強、可見光響應靈敏和光催化效率高等優(yōu)點。
【專利說明】一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機納米功能材料(材料科學中納米粉體的制備）【技術領域】，涉及可用 于非線性光學器件、光催化和太陽能電池等領域的鈮酸鈉納米粉體，具體地說是一種高純 的晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法。

【背景技術】
[0002] 鈮酸鈉是一種低毒且具有高穩(wěn)定性的鈣鈦礦結構材料，由于具有良好的非線性光 學響應、壓電性能和光折變性能，在非線性光學、光電子學及光催化等領域具有廣泛的應用 的前景。鈮酸鈉晶體存在多種晶相，主要有正交相、四方相、立方相和菱方相，且這幾種晶 相在一定的溫度可以發(fā)生相變，室溫下正交相最為穩(wěn)定。近年來，正交相的鈮酸鈉由于良 好的光催化學性能已經(jīng)被廣泛應用在光催化研究領域。晶體理論認為相對于正交相鈮酸 鈉，立方相鈮酸鈉具有更高的晶體對稱性和相對窄的光學帶隙。近期有報道從實驗上證明 立方相比正交相的鈮酸鈉具有更高的光催化活性。目前，鈮酸鈉的制備方法有很多種，例 如，水熱法、聚合物前驅(qū)體法、模板法和熔鹽法等。但上述方法制備出的鈮酸鈉多是正交相， 鮮有關于高純立方相鈮酸鈉制備方法的相關報道。2012年，Li Peng等人采用一種典型的 糖醇派生聚合氧化法合成了立方相的鈮酸鈉粉體，但該方法中的前驅(qū)體必須經(jīng)過長達120 小時的熱處理，且進一步在600攝氏度條件下氧化5小時才能得到鈮酸鈉粉末。[參見： Peng Li, Shuxin Ouyang, Guangcheng Xi et al. , The Effects of Crystal Structure and Electronic Structure on Photocatalytic H2 Evolution and C02 Reduction over Two Phases of Perovskite-Structured NaNb03J J. Phys. Chem. C 2012, 116 (14): 7621~7628.]上述立方相鈮酸鈉納米結構的制備過程復雜且成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)， 也不利于其在光催化劑、染料敏化太陽能電池和氣敏傳感器等領域的應用。因此，本發(fā)明提 出一種簡單通用且尺寸可控的制備高純立方相鈮酸鈉納米結構的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制 備方法。該方法基本特征是設備簡單，操作簡便，成本經(jīng)濟，適合規(guī)?；a(chǎn)。制備的立方相 鈮酸鈉納米粉體，不僅物相純度高，而且粒徑分布窄，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。 尤為重要的是這種方法制備的立方相鈮酸鈉納米粉體具有吸附能力強、可見光響應靈敏和 光催化效率高等優(yōu)點。
[0004] -種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮或草酸鈮銨和氯化鈉，按照摩爾比為〇. 06~0. 25配料，溶解在1~10毫升 去離子水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨3(Γ50分鐘，研磨過程中滴加1~15毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中在真空度為-50 ~ -100千帕，溫度為 6(Γ90攝氏度條件下烘干； (4) 將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至30(Γ500攝氏度溫度，保溫2~5 小時，然后自然冷卻至2(Γ25攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌:Γ5次，去 離子水和無水乙醇的體積比為1: f 1:5,離心速度為600(Γ8000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為Γ7 分鐘； (6) 將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-50 ~ -100千帕，溫度為 7(Γ90攝氏度的條件下干燥2 ~ 6小時，得到高純的且晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米 粉體。
[0005] (7)使用X射線衍射儀檢測步驟（6)所得到的粉體的物相、晶體結構； (8) 使用透射電子顯微鏡來檢測步驟（6)所得到的粉體的形貌以及尺寸； (9) 使用紫外可見分光光度計來檢測步驟（6)所得到的粉體的紫外-可見吸收光譜。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果： 本發(fā)明采用低溫原位固相法，以草酸鈮或草酸鈮銨和氯化鈉分別作為鈮源和鈉源，經(jīng) 過研磨、低溫熱處理和離心洗滌和干燥處理，得到晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體。 本發(fā)明提供了一種制備立方相鈮酸鈉的有效方法，與傳統(tǒng)方法相比，所用的原材料穩(wěn)定、毒 性低且經(jīng)濟，制備工藝耗時短、能耗低，且適合大規(guī)模生產(chǎn)。通過該方法制備的立方相鈮酸 鈉納米粉體具有吸附能力強、可見光響應靈敏和光催化效率高等優(yōu)點，為其在非線性光學 器件、光催化和太陽能電池等領域的大規(guī)模應用提供必要的技術支持。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為一種本發(fā)明實施例1的鈮酸鈉納米粉體的X射線衍射圖譜； 圖2為一種本發(fā)明實施例1的鈮酸鈉納米粉體的透射電子顯微鏡照片； 圖3為一種本發(fā)明實施例3的鈮酸鈉納米粉體的紫外-可見吸收光譜； 圖4為一種本發(fā)明實施例2的鈮酸鈉納米粉體對亞甲基藍染料的降解效率。

【具體實施方式】
[0008] 實施例1 : 一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮和氯化鈉，按照摩爾比為〇. 06或0. 11或0. 13或0. 15或0. 18或0. 20 或0. 24或0. 25配料，溶解在3或4或6或7毫升去離水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨30或35或40或45或50分鐘，研磨過程中滴加5或6或7或 8或10毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中，在真空度為-50或-60或-70或-80 或-90或-100千帕，溫度為60或65或70或76或80或85或90攝氏度條件下烘干； (4) 將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至350或380或400或420或430 或450或480或500攝氏度溫度，保溫2或3或4或5小時，然后自然冷卻至20或22或24 或25攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌3或4或5 次，去離子水和無水乙醇的體積比為1:1，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為4或5或 6或7分鐘； (6)將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-50或-65或-75或-85 或-95或-100千帕，溫度為70或74或78或83或87或90攝氏度的條件下干燥3或4或 5或6小時，就得到晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體。
[0009] (7)使用X射線衍射儀檢測步驟（6)所得到的粉體的物相、晶體結構； (8) 使用透射電子顯微鏡來檢測步驟（6)所得到的粉體的形貌以及尺寸； (9) 使用紫外可見分光光度計來檢測步驟（6)所得到的粉體的紫外-可見吸收光譜。
[0010] 本發(fā)明方法具有工藝和設備簡單，方法易行，操作簡便安全，產(chǎn)品制備成本低等特 點，適合規(guī)?；a(chǎn)。且制備的立方相鈮酸鈉納米粉體，物相純度高、晶體發(fā)育完整、粒徑分 布窄，有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，重要的是吸附能力強和對可見光有更靈敏的響應。
[0011] 實施例2: 一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮和氯化鈉，按照摩爾比為〇. 08配料，溶解在2或3或4毫升去離水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨38分鐘，研磨過程中滴加3或5或9毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中，在真空度為-50或-55或-62或-68 或-74或-78或-86或-92或-100千帕，溫度為60或66或72或78或84或90攝氏度條 件下烘干； ⑷將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至410攝氏度溫度，保溫2小時，然 后自然冷卻至2(Γ25攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌3次，去離 子水和無水乙醇的體積比為1:2,離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為5分鐘； (6) 將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-50或-58或-66或-64 或-72或-77或-84或-88或-96或-100千帕，溫度為80攝氏度的條件下干燥5小時，就 得到晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體。
[0012] (7)使用X射線衍射儀檢測步驟（6)所得到的粉體的物相、晶體結構； (8) 使用透射電子顯微鏡來檢測步驟（6)所得到的粉體的形貌以及尺寸； (9) 使用紫外可見分光光度計來檢測步驟（6)所得到的粉體的紫外-可見吸收光譜。
[0013] 實施例3: 一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮和氯化鈉，按照摩爾比為〇. 07配料，溶解在3或4或5毫升去離水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨36分鐘，研磨過程中滴加4或5或7毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中，在真空度為-50或-61或-71或-81 或-90或-100千帕，溫度為60或68或76或85或90攝氏度的條件下烘干； (4) 將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至440攝氏度溫度，保溫2小時，然 后自然冷卻至2(Γ25攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌3次，去離 子水和無水乙醇的體積比為1:3,離心速度為7000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為7分鐘； (6) 將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-50或-60或-66或-79 或-87或-94或-100千帕，溫度為70攝氏度條件下干燥5小時，就得到晶型發(fā)育良好的立 方相鈮酸鈉納米粉體。
[0014] (7)使用X射線衍射儀檢測步驟（6)所得到的粉體的物相、晶體結構； (8) 使用透射電子顯微鏡來檢測步驟（6)所得到的粉體的形貌以及尺寸； (9) 使用紫外可見分光光度計來檢測步驟（6)所得到的粉體的紫外-可見吸收光譜。
[0015] 實施例4: 一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮銨和氯化鈉，按照摩爾比為〇. 07或0. 09或0. 10或0. 12或0. 14或0. 16 或0. 19或0. 20或0. 22或0. 23配料，溶解在2或3或4或5或6或7毫升去離水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨30或33或38或42或43或45或47或49分鐘，研磨過程中 滴加3或4或6或7或8或9或11或12或14毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱中，在真空度為-55或-60或-65或-68 或-70或-78或-82或-85或-90或-95或-100千帕，溫度為60或63或72或77或82 或85或88或90攝氏度條件下烘干； (4) 將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至380或400或420或430或450 或480或500攝氏度溫度，保溫2或3或4或5小時，然后自然冷卻至20或22或24或25 攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌3或4或5 次，去離子水和無水乙醇的體積比為1:1或1:2,離心速度為7000或8000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時 間為4或5或6或7分鐘； (6) 將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-55或-63或-70或-76 或-82或-88或-95或-100千帕，溫度為60或63或65或70或73或75或78或80攝氏 度的條件下干燥3或4或5或6小時，就得到晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體。
[0016] (7)使用X射線衍射儀檢測步驟（6)所得到的粉體的物相、晶體結構； (8) 使用透射電子顯微鏡來檢測步驟（6)所得到的粉體的形貌以及尺寸； (9) 使用紫外可見分光光度計來檢測步驟（6)所得到的粉體的紫外-可見吸收光譜。
【權利要求】
1. 一種高純立方相鈮酸鈉納米粉體的制備方法，其步驟是： (1) 將草酸鈮或草酸鈮銨和氯化鈉，按照摩爾比為0. 06~0. 25配料，溶解在1~10毫升 去離水中； (2) 在瑪瑙研缽中研磨3(Γ50分鐘，研磨過程中滴加1~15毫升無水乙醇； (3) 將步驟（2)得到的前驅(qū)體在真空干燥箱，在真空度為-50 ~ -100千帕，溫度為 6(Γ90攝氏度的條件下烘干； (4) 將烘干后的前驅(qū)體粉末在節(jié)能箱式電爐中升溫至30(Γ500攝氏度，保溫2飛小時， 然后自然冷卻至2(Γ25攝氏度； (5) 將步驟（4)中得到的粉末用去離子水和無水乙醇的混合溶液離心洗滌:Γ5次，去 離子水和無水乙醇的體積比為1: f 1:5,離心速度為600(Γ8000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為Γ7 分鐘； (6) 將步驟（5)所得的粉體放入真空干燥箱中，在真空度為-50 ~ -100千帕，溫度為 7(Γ90攝氏度的條件下干燥2飛小時，得到高純且晶型發(fā)育良好的立方相鈮酸鈉納米粉體。
【文檔編號】B82Y30/00GK104085922SQ201410333060
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】李岳彬, 王林, 張溢, 田軼群, 顧豪爽 申請人:湖北大學