專利名稱：一種水熱制備鈮酸八面體納米晶的方法
技術領域：
本發明涉及以一種水熱方法制備鈮酸八面體納米晶，屬于功能材料領域。
背景技術：
氧化鈮納米材料在氣敏、催化、光學以及電能存儲等領域具有巨大的應用潛力。但是由于氧化鈮往往表現出了化學惰性，性質較為穩定，故不利于動力學控制的溶解-再結晶生長。近年來人們探索出多種工藝路線合成Nb基氧化物，但相比而言，液相化學合成工藝由于其溫和的條件、低廉的成本而更利于批量化生產、推廣和應用，特別是水熱法、溶劑熱法、溶膠-凝膠法等一些濕化學路線已經在氧化鈮微結構的合成方面展示出了獨特的魅力。然而目前氧化鈮的合成多集中在不含有結晶水的存在形式上，如不同晶相的五氧化二鈮，而含有結晶水的 氧化鈮(鈮酸)由于容易失去結晶水，故結構上處于亞穩態，關于此類氧化鈮尤其是形貌均一、分散性好的納米尺度單晶鈮酸粉末的合成還鮮有報道，在一定程度阻礙了對氧化鈮物理、化學性質的深入理解以及它們在多個領域的拓展應用。水熱構建了一種亞穩的結晶環境，可以促進氧化鈮在液相環境中的溶解與快速晶化，在特定的表面活性劑的晶面保護作用下，又可以阻止氧化鈮納米級粉體的團聚，因此以此思想為基礎設計反應體系可以制得處于亞穩態的鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體粉體。通過此種方法合成的H2 (H2O) Nb2O6納米級八面體形貌均一，分散性好，在室溫下能夠穩定存在，在光電、催化、儲能等領域有較好的應用前景。
發明內容
本發明需要解決的是通過簡便的水熱反應一步可控合成分散性好、形貌均一的H2 (H2O) Nb2O6納米級八面體粉體材料，推動氧化鈮結晶方法的發展，促進氧化鈮的實際應用研究。本發明的目的通過以下技術方案予以實現:本發明提供的一種水熱制備鈮酸八面體納米晶的方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸配成懸浮液，加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀；此白色沉淀為無定形鈮酸，化學活性較高，便于水熱條件下的溶解-再結晶。不經此活化步驟，在相同的實驗條件下市售的五氧化二鈮粉末則無法轉化為鈮酸八面體納米晶。(2)水熱處理步驟(I)得到的無定形鈮酸。所用水熱體系中氟化銨(NH4F)濃度的為0.3-0.6mol/L，硫酸銨((NH4)2SO4)的濃度為0.1-0.3mol/L，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)，十二烷基磺酸鈉(SDS)的用量為每IOmL水熱體系對應十二烷基磺酸鈉(SDS)0.05-0.2g，水熱處理溫度為140-170°C，處理時間為18-26小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。本發明的有益效果是:本發明的制備方法中產品形貌均一，粉末分散性好，可重復性好，操作簡單，成本低。上述優點使得合成的鈮酸H2(H2O)Nb2O6納米級八面體在光電、催化等領域具有較好的應用前景。
圖1:合成的H2 (H2O)Nb2O6八面體納米晶的X射線衍射圖；圖2 =H2(H2O)Nb2O6八面體納米晶的掃描電鏡圖；圖3 =H2(H2O)Nb2O6八面體納米晶透射電鏡圖；圖4 =H2(H2O)Nb2O6八面體納米晶高分辨透射電鏡圖。
具體實施例方式實施例1:( 1)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀。(2)在容積為20mL的帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中水熱處理步驟(I)得到的無定形鈮酸。所用IOmL水熱體系中氟化銨(NH4F)的濃度為0.3mol/L，硫酸銨((NH4) 2S04)的濃度為0.lmol/L，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)0.05g，水熱處理溫度為170°C，處理時間為26小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。實施例2:( 1)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀。(2)在容積為20mL的帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中水熱處理步驟(I)得到的無定形鈮酸。所用IOmL水熱體系中氟化銨(NH4F)的濃度為0.4mol/L，硫酸銨((NH4) 2S04)的濃度為0.2mol/L，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS) 0.lg，水熱處理溫度為140°C，處理時間為26小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。實施例3:( 1)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀。(2)在容積為20mL的帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中水熱處理步驟(I)得到的無定形鈮酸。所用IOmL水熱體系中氟化銨(NH4F)的濃度為0.5mol/L，硫酸銨((NH4) 2S04)的濃度為0.1511101/1，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(303)0.lg，水熱處理溫度為160°C，處理時間為18小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。實施例4:(1)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀。(2)在容積為20mL的帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中水熱處理步驟(I)得到的無定形銀酸。所用IOmL水熱體系中氟化銨(NH4F)溶液的濃度為0.6mol/L,硫酸銨((NH4)2SO4)溶液的濃度為0.3mol/L，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)0.2g，水熱處理溫度為150°C，處理時間為18小時，制得鈮酸H2 (H2O) Nb2O6納米級八面體。實施例5:
(I)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀。(2)在容積為20mL的帶有聚四氟內襯的不銹鋼反應釜中水熱處理步驟(I)得到的無定形鈮酸。所用IOmL水熱體系中氟化銨(NH4F)的濃度為0.55mol/L，硫酸銨((NH4)2S04)的濃度為0.1511101/1，加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(303)0.lg，水熱處理溫度為160°C，處理時間為24小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。以上所述僅為本發 明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種水熱制備鈮酸八面體納米晶的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將市售五氧化二鈮粉末用氫氟酸配成懸浮液，加熱溶解；所得的澄清液冷卻后滴加與所用氫氟酸等體積的氨水，得到白色沉淀；此白色沉淀為無定形鈮酸； (2)水熱處理步驟1)得到的無定形鈮酸；所用水熱體系中氟化銨(NH4F)的濃度為O. 3-0. 6mol/L，硫酸銨((NH4)2SO4)的濃度為O. 1-0. 3mol/L,加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)，十二烷基磺酸鈉(SDS)的用量為每IOmL水熱體系對應十二烷基磺酸鈉(SDS)O. 05-0. 2g，水熱處理溫度為140-170°C，處理時間為18-26小時，制得鈮酸H2 (H2O)Nb2O6納米級八面體。
全文摘要
一種水熱制備鈮酸八面體納米晶的方法，屬于功能材料領域。以市售五氧化二鈮粉末為原料，經氫氟酸溶解、氨水沉淀等活化步驟以后，制得的無定形相鈮酸作為前驅體在水熱環境下結晶，獲得鈮酸八面體納米晶粉體。合成的粉末分散性好，形貌均一，在光電、氣敏、催化等領域具有較好的應用前景。本發明原料易得，操作簡單，成本低廉，便于推廣和應用。
文檔編號C01G33/00GK103253707SQ20131016742
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者王金淑, 吳俊書, 李洪義 申請人:北京工業大學