CN103855386B - 具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，该材料的比表面积为30m2/g～70m2/g，孔径不小于5nm，相邻两孔之间的间距不小于3nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料中4≤X＜5，Fe的含量为Fe与Nb总质量的0.5%～3%。另外，本发明还公开了该材料的制备方法和应用。本发明的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，有较强的紫外及可见光吸收能力，可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。采用该材料制备的电极，在循环运行500次后，其可逆电容为190～210mA·h·g-1，约为首次运行的93%～96%。

Description

具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料及应用
技术领域
本发明属于纳米材料及锂电池技术领域，具体涉及一种具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料及应用。
背景技术
Nb2O5及铌基氧化物不仅具有氧化还原性，还具有酸性和感光性。这些特性使它们既能作为催化剂，又可以作为催化载体材料来提高催化活性和延长催化剂寿命，因此被广泛地应用于固体酸催化，选择性氧化和光催化领域。目前，已有研究报道表明，Nb2O5还是一种性能优良的锂离子电极材料，能够快速的储存和释放能量，有望广泛应用于城市电网、混合动力汽车的再生制动系统等能源传送系统。
因此，目前已有许多制备Nb2O5薄膜的方法，最先用于制备Nb2O5薄膜的方法是热氧化法，紧接着包括直流磁控溅射、射频溅射、化学气相沉积、电化学阳极氧化法、电化学沉积、溶胶凝胶法以及脉冲激光沉积等现代工艺先后用于Nb2O5薄膜的制备，这些方法制备的Nb2O5薄膜都具有较好的锂离子嵌入\抽出性能，其变色性能与制备方法和工艺有密切关系。
然而，目前关于具有氧缺陷结构的Nb2OX纳米多孔材料的报道还是较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料。该纳米多孔材料具有优异的光学性能，有较强的紫外及可见光吸收能力，可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，该材料的比表面积为30m2/g～70m2/g，孔径不小于5nm，相邻两孔之间的间距不小于3nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料中4≤X＜5，Fe的含量为Fe与Nb总质量的0.5%～3%；
所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将Nb2O5纳米多孔膜置于甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为120℃～180℃的条件下水热处理5h～22h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；
步骤二、将步骤一中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料；所述热处理的温度为600℃～800℃，保温时间为1h～6h。
上述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，步骤一中所述Nb2O5纳米多孔膜的制备方法包括以下步骤：
步骤101、将厚度为50μm～300μm的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，然后将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤102、将无水有机试剂与水按照95～99:1～5的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将氟化物加入混合溶剂中搅拌均匀，得到氟化物浓度为0.6mol/L～2.7mol/L的电解液；
步骤103、将步骤101中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤102中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为9V～20V，氧化温度为20℃～30℃，氧化时间为0.5h～28h；
步骤104、将步骤103中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜。
上述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，步骤102中所述无水有机试剂为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种。
上述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，步骤102中所述氟化物为HF或NH4F。
上述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，步骤一中所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为12%～38%，甲醇水溶液的用量为：每0.1克Nb2O5纳米多孔膜用100mL～200mL甲醇水溶液。
上述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，步骤二中所述氢气的通气速率为2×10-2m3.min-1～9×10-2m3.min-1。
另外，本发明还提供了一种上述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料在制备电极上的应用。
上述的应用，所述电极的制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，最后将涂覆有浆料的铜箔干燥，得到涂层电极；所述浆料的涂覆厚度为20μm～50μm。
上述的应用，所述干燥的温度为60℃～100℃，干燥的时间为20h～30h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料的比表面积为30m2/g～70m2/g，孔径不小于5nm，相邻两孔之间的间距不小于3nm。
2、本发明的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料的制备方法简单，操作简便，采用本发明方法制备的纳米多孔材料具有优异的光学性能，有较强的紫外及可见光吸收能力，可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
3、本发明采用水热法实现Fe掺杂，具有设备简单，制备温度低，可降低材料的制备费用
4、采用本发明的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备的电极，在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为190mA·h·g-1～210mA·h·g-1，约为首次运行的93%～96%。
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其比表面积为30m2/g，孔径6nm，X约为4.8，相邻两孔之间的间距3nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2O5纳米多孔材料中Fe的含量为Fe与Nb总质量的0.5%。
本实施例的纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为300μm的Nb片机械加工成面积为10mm×80mm的长方形片，然后将机械加工后的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，再将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤二、将甲酰胺与水按照95:5的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将NH4F加入混合溶剂中搅拌均匀，得到NH4F浓度为0.6mol/L的电解液；
步骤三、将步骤一中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤二中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为9V，氧化温度为20℃，氧化时间为28h；
步骤四、将步骤三中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜；
步骤五、将0.05g步骤四中所述Nb2O5纳米多孔膜置于80mL甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为150℃的条件下水热处理15h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为20%；
步骤六、将步骤五中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，由XRD测定可知X约为4.8；所述热处理的温度为600℃，保温时间为6h；所述氢气的通气速率为5×10-2m3.min-1。
采用本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备电极，制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，涂覆厚度为20μm，最后将涂覆有浆料的铜箔置于烘箱中，在80℃下干燥24h，得到涂层电极。
本实施例制备的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，有较强的紫外吸收能力，在波导性器件及紫外敏感材料的保护膜中获得了较大的应用；同时其还可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
本实施例制备的涂层电极在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为201mA·h·g-1，约为首次运行的95%。
实施例2
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所用无水有机试剂为乙二醇、丙三醇、甲醇或二甲亚砜，或者为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的至少两种。
实施例3
本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其比表面积为70m2/g，孔径20nm，X约为4，相邻两孔之间的间距12nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2O4纳米多孔材料中Fe的含量为Fe与Nb总质量的3%。
本实施例的纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为300μm的Nb片机械加工成面积为10mm×80mm的长方形片，然后将机械加工后的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，再将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤二、将丙三醇与水按照99:1的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将HF加入混合溶剂中搅拌均匀，得到HF浓度为2.7mol/L的电解液；
步骤三、将步骤一中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤二中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为20V，氧化温度为30℃，氧化时间为0.5h；
步骤四、将步骤三中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜；
步骤五、将0.1g步骤四中所述Nb2O5纳米多孔膜置于100mL甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为180℃的条件下水热处理5h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为12%；
步骤六、将步骤五中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，由XRD测定可知X约为4；所述热处理的温度为800℃，保温时间为1h；所述氢气的通气速率为2×10-2m3.min-1。
采用本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备电极，制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，涂覆厚度为50μm，最后将涂覆有浆料的铜箔置于烘箱中，在100℃下干燥20h，得到涂层电极。
本实施例制备的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，有较强的紫外吸收能力，在波导性器件及紫外敏感材料的保护膜中获得了较大的应用；同时其还可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
本实施例制备的涂层电极在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为190mA·h·g-1，约为首次运行的96%。
实施例4
本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所用无水有机试剂为乙二醇、甲醇、甲酰胺或二甲亚砜，或者为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的至少两种。
实施例5
本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其比表面积为45m2/g，孔径12nm，X约为4.5，相邻两孔之间的间距5nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2O5纳米多孔材料中Fe的含量为Fe与Nb总质量的1%。
本实施例的纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为100μm的Nb片机械加工成面积为20mm×100mm的长方形片，然后将机械加工后的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，再将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤二、将乙二醇与水按照98:2的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将NH4F加入混合溶剂中搅拌均匀，得到NH4F浓度为1mol/L的电解液；
步骤三、将步骤一中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤二中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为19V，氧化温度为28℃，氧化时间为5h；
步骤四、将步骤三中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜；
步骤五、将0.05g步骤四中所述Nb2O5纳米多孔膜置于100mL甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为120℃的条件下水热处理22h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为25%；
步骤六、将步骤五中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，由XRD测定可知X约为4.5；所述热处理的温度为700℃，保温时间为3h；所述氢气的通气速率为9×10-2m3.min-1。
采用本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备电极，制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，涂覆厚度为50μm，最后将涂覆有浆料的铜箔置于烘箱中，在60℃下干燥30h，得到涂层电极。
本实施例制备的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，有较强的紫外吸收能力，在波导性器件及紫外敏感材料的保护膜中获得了较大的应用；同时其还可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
本实施例制备的涂层电极在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为210mA·h·g-1，约为首次运行的93%。
实施例6
本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所用无水有机试剂为丙三醇、甲醇、甲酰胺或二甲亚砜，或者为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的至少两种。
实施例7
本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其比表面积为50m2/g，孔径5nm，X约为4.1，相邻两孔之间的间距3nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2O5纳米多孔材料中Fe的含量为Fe与Nb总质量的1%。
本实施例的纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为50μm的Nb片机械加工成面积为15mm×150mm的长方形片，然后将机械加工后的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，再将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤二、将甲醇与水按照96:4的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将NH4F加入混合溶剂中搅拌均匀，得到NH4F浓度为1.5mol/L的电解液；
步骤三、将步骤一中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤二中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为15V，氧化温度为25℃，氧化时间为10h；
步骤四、将步骤三中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜；
步骤五、将0.1g步骤四中所述Nb2O5纳米多孔膜置于150mL甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为160℃的条件下水热处理20h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为38%；
步骤六、将步骤五中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，由XRD测定可知X约为4.1；所述热处理的温度为800℃，保温时间为2h；所述氢气的通气速率为6×10-2m3.min-1。
采用本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备电极，制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，涂覆厚度为30μm，最后将涂覆有浆料的铜箔置于烘箱中，在90℃下干燥22h，得到涂层电极。
本实施例制备的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，有较强的紫外吸收能力，在波导性器件及紫外敏感材料的保护膜中获得了较大的应用；同时其还可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
本实施例制备的涂层电极在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为205mA·h·g-1，约为首次运行的96%。
实施例8
本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所用无水有机试剂为乙二醇、丙三醇、甲酰胺或二甲亚砜，或者为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的至少两种。
实施例9
本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其比表面积为60m2/g，孔径20nm，X约为4.3，相邻两孔之间的间距12nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2O5纳米多孔材料中Fe的含量为Fe与Nb总质量的1.5%。
本实施例的纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为50μm的Nb片机械加工成面积为10mm×80mm的长方形片，然后将机械加工后的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，再将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤二、将丙三醇、甲醇、甲酰胺与水按照20︰35︰42︰3的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将HF加入混合溶剂中搅拌均匀，得到HF浓度为2mol/L的电解液；
步骤三、将步骤一中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤二中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为19V，氧化温度为28℃，氧化时间为1h；
步骤四、将步骤三中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜；
步骤五、将0.05g步骤四中所述Nb2O5纳米多孔膜置于80mL甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为120℃的条件下水热处理20h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为15%；
步骤六、将步骤五中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，由XRD测定可知X约为4.3；所述热处理的温度为750℃，保温时间为4h；所述氢气的通气速率为4×10-2m3.min-1。
采用本实施例的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料制备电极，制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，涂覆厚度为20μm，最后将涂覆有浆料的铜箔置于烘箱中，在70℃下干燥25h，得到涂层电极。
本实施例制备的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，有较强的紫外吸收能力，在波导性器件及紫外敏感材料的保护膜中获得了较大的应用；同时其还可以应用在气体传感器，催化剂及染料敏化太阳能电池等领域。
本实施例制备的涂层电极在1.2～3.0Vvs.Li/Li+的电压范围内运行，0.4A·g-1的条件下循环运行500次后，其可逆电容为195mA·h·g-1，约为首次运行的93%。
实施例10
本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所用无水有机试剂为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的一种、两种、四种或五种，或者为乙二醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的三种，或者为乙二醇、甲醇和二甲亚砜中的两种和丙三醇的混合物，或者为乙二醇、丙三醇和甲酰胺，或者为二甲亚砜、丙三醇和甲酰胺。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，该材料的比表面积为30m2/g～70m2/g，孔径不小于5nm，相邻两孔之间的间距不小于3nm；所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料中4≤X＜5，Fe的含量为Fe与Nb总质量的0.5％～3％；
所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将Nb2O5纳米多孔膜置于甲醇水溶液中，然后加入氯化高铁，搅拌均匀后，将混合溶液置于高压反应釜中，在温度为120℃～180℃的条件下水热处理5h～22h，烘干后得到Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料；
步骤二、将步骤一中所述Fe掺杂的Nb2O5纳米多孔材料在氢气气氛下热处理，获得具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料；所述热处理的温度为600℃～800℃，保温时间为1h～6h；
步骤一中所述Nb2O5纳米多孔膜的制备方法包括以下步骤：
步骤101、将厚度为50μm～300μm的Nb片用碳化硅砂纸打磨光亮，然后将打磨后的Nb片清洗干净，烘干待用；
步骤102、将无水有机试剂与水按照95～99:1～5的体积比均匀混合制得混合溶剂，然后将氟化物加入混合溶剂中搅拌均匀，得到氟化物浓度为0.6mol/L～2.7mol/L的电解液；
步骤103、将步骤101中烘干后的Nb片作为阳极置于步骤102中所述电解液中，以铂电极作为阴极，利用直流电源对Nb片进行阳极氧化，氧化电压为9V～20V，氧化温度为20℃～30℃，氧化时间为0.5h～28h；
步骤104、将步骤103中经电解氧化后的Nb片取出并用去离子水清洗，干燥后，得到Nb2O5纳米多孔膜。
2.根据权利要求1所述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，步骤102中所述无水有机试剂为乙二醇、丙三醇、甲醇、甲酰胺和二甲亚砜中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，步骤102中所述氟化物为HF或NH4F。
4.根据权利要求1所述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，步骤一中所述甲醇水溶液中甲醇的体积百分含量为12％～38％，甲醇水溶液的用量为：每0.1克Nb2O5纳米多孔膜用100mL～200mL甲醇水溶液。
5.根据权利要求1所述的具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料，其特征在于，步骤二中所述氢气的通气速率为2×10-2m3.min-1～9×10-2m3.min-1。
6.一种如权利要求1所述具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料在制备电极上的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述电极的制备方法为：将具有氧缺陷结构的Fe掺杂Nb2OX纳米多孔材料、乙炔碳黑和羧甲基纤维素以75:15:10的质量比混合，然后溶于去离子水中得到浆料，将浆料涂覆到铜箔上，最后将涂覆有浆料的铜箔干燥，得到涂层电极；所述浆料的涂覆厚度为20μm～50μm。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述干燥的温度为60℃～100℃，干燥的时间为20h～30h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106093302A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种提升金属氧化物纳米材料气敏性能的制备方法
CN107369560B (zh) * 2017-08-04 2019-02-19 哈尔滨工业大学 一种柔性钠离子电容器及其制备方法
CN109638263B (zh) * 2018-12-20 2021-07-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 Mof改性氧缺陷介孔锰钴氧纳米片的制备方法及产品和应用
CN112382515B (zh) * 2020-11-09 2022-08-19 贵州大学 一种氧缺陷T-Nb2O5-x、制备方法及应用
CN112683964B (zh) * 2021-01-06 2024-03-15 清华大学合肥公共安全研究院 一种提高半导体式甲烷传感器灵敏度和稳定性的方法
CN114300665B (zh) * 2021-12-30 2024-04-09 华南师范大学 一种铌基金属氧化物介孔碳球复合材料及包含其的钠离子电池负极材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5904912A (en) * 1996-07-30 1999-05-18 National Institute For Research In Inorganic Materials Iron-doped lithium niobate single crystal, method for heat treatment thereof and hologram-application element containing the single crystal
CN1341552A (zh) * 2001-08-14 2002-03-27 复旦大学 一种氧化铌纳米孔分子筛薄膜的制备方法
CN102443833A (zh) * 2011-12-04 2012-05-09 西北有色金属研究院 一种Nb2O5纳米多孔膜及其制备方法
CN102593441A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 中信国安盟固利电源技术有限公司 锂离子电池用改性五氧化二铌的合成方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5904912A (en) * 1996-07-30 1999-05-18 National Institute For Research In Inorganic Materials Iron-doped lithium niobate single crystal, method for heat treatment thereof and hologram-application element containing the single crystal
CN1341552A (zh) * 2001-08-14 2002-03-27 复旦大学 一种氧化铌纳米孔分子筛薄膜的制备方法
CN102443833A (zh) * 2011-12-04 2012-05-09 西北有色金属研究院 一种Nb2O5纳米多孔膜及其制备方法
CN102593441A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 中信国安盟固利电源技术有限公司 锂离子电池用改性五氧化二铌的合成方法

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