CN103882558A - 一种钙钛矿结构AgNbO3纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿结构AgNbO3纤维及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域，包括以下步骤：1）取0.5～1.0g隧道型K2Nb2O6纤维，加入到浓度为0.2～1.0mol/L的AgNO3溶液中，充分搅拌，然后依次进行过滤、洗涤、干燥处理，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；2）隧道型结构Ag2Nb2O6纤维在400～600℃下热处理，得到钙钛矿结构AgNbO3纤维。本发明操作简单、重复性高，经本方法制得的钙钛矿结构AgNbO3结晶性能好，纯度高，形貌和尺寸可控。

Description

一种钙钛矿结构AgNbO3纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种钙钛矿结构AgNbO3纤维及其制备方法。
背景技术
铌酸银（AgNbO3）具有较高的铁电极化常数，还是一种非常好的光催化材料，可以在可见光条件下光解水制备氢气，并且在微波和微电子技术方面的应用有很大的潜力，是近年来功能陶瓷研究最活跃的领域之一。铌酸银的性能与其晶体结构和微观形貌有关，两者在很大程度上决定了铌酸银材料的性能。因此，制备具有特殊形貌如丝状、片状等的粒子已经成为铌酸银研究的热点。
目前，国内外提出的铌酸银的制备方法包括固相合成法、溶胶－凝胶法、共沉淀法、熔盐法及溶剂热合成法等。中国发明公告专利第201110141138.X号公开了一种铌酸银基无铅压电陶瓷及其制备方法，该方法将化学计量比的Ag2O、Li2CO3和Nb2O5在无水乙醇中球磨使其混合均匀，烘干后在900～1000℃煅烧2～4小时，得到(Ag,Li)NbO3；再称取化学计量比的Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O3，经上述相同的球磨、烘干，在800～900℃煅烧2～4小时，合成(Na，K)(Nb，Ta，Sb)O3；称取化学计量比的(Ag,Li)NbO3、(Na，K)(Nb，Ta，Sb)O3样品及适量MαOβ（M为+2～+4价，且能与氧形成固态氧化物的元素，α和β分别表示M和氧的原子数）经上述相同的球磨、烘干工艺，在800～900℃煅烧2～4小时；煅烧后的样品经球磨，加入10%聚乙烯醇水溶液混合均匀，并经成型、排塑，然后利用坩埚密封，900～1000℃煅烧2～4小时，将烧结后的陶瓷片极化处理。David Arney等在David Arney,Christopher Hardy,et al.Flux synthesis of AgNbO3:Effect of particle surfacesand sizes on photocatalytic activity[Journal of Photochemistry and PhotobiologyA:Chemistry,2010,214(1):54-60]中采用熔盐法，获得了粒子大小在100-5000nm的AgNbO3。Weiming Wu等在Weiming Wu,Shijing Liang,et al,Mechanism and improvement of the visible light photocatalysis of organicpollutants over microcrystalline AgNbO3prepared by a sol–gel method[MaterialsResearch Bulletin,2013,48(4):1618-1626]中，利用溶胶凝胶法合成出尺寸在100～500nm的AgNbO3微晶。以上制备铌酸银的方法或是需要高温煅烧，或是需要添加剂，制备条件要求高、步骤繁杂、效率低、不利于工业化生产。发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钙钛矿结构AgNbO3纤维及其制备方法，该方法操作简单、重复性高，经本方法制得的钙钛矿结构AgNbO3结晶性能好，纯度高，形貌和尺寸可控。
本发明的技术方案为：包括以下步骤：
一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，包括以下步骤：
1）取0.5～1.0g隧道型K2Nb2O6纤维，加入到浓度为0.2～1.0mol/L的AgNO3溶液中，充分搅拌后过滤，将沉淀经洗涤、干燥处理，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
2）将隧道型结构Ag2Nb2O6纤维在400～600℃下热处理，得到钙钛矿结构AgNbO3纤维。
步骤1）所述的充分搅拌包括两次离子交换，第一次离子交换搅拌结束后将溶液过滤，得到沉淀，将该沉淀再次放入到新配制的浓度为0.2～1.0mol/L的AgNO3溶液中继续搅拌进行第二次离子交换。
所述两次离子交换的搅拌时间均为12～24h。
所述步骤1）搅拌时的温度为室温。
所述步骤2）热处理的时间为2～5h。
步骤1）采用去离子水对沉淀进行洗涤。
步骤1）所述的干燥温度为45～55℃。
经本发明方法制得的钙钛矿结构AgNbO3纤维，该钙钛矿结构AgNbO3纤维是由纳米晶组成的多晶，具有取向性，单根纤维直径为1～5μm，长度为5～60μm，纳米晶粒度为50～500nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用隧道型K2Nb2O6的拓扑原位结构转变反应，以隧道型K2Nb2O6为前驱体，以AgNO3为银源，将隧道型K2Nb2O6加入AgNO3溶液中，充分搅拌，通过使Ag+与隧道型K2Nb2O6纤维中的K+进行离子交换，然后再经过热处理，得到钙钛矿结构AgNbO3纤维。通过控制AgNO3浓度和热处理温度能够有效控制丝状铌酸银的形貌和结晶性，本发明的反应条件温和，操作简单，重复性高。
经本发明制得的钙钛矿结构AgNbO3具有丝状外貌、且是由取向纳米晶组成的。单根纤维直径约为1～5μm，长度为5～60μm，并且结晶性好，纯度高。
附图说明
图1是由本发明制备的铌酸银纤维的X-射线衍射(XRD)图谱；
图2是由本发明制备的铌酸银纤维的的扫描电镜(SEM)照片；
图3是由本发明制备的铌酸银纤维的透射电镜(TEM)照片；
图4是由本发明制备的铌酸银纤维的选区电子衍射点(SAED)照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置0.2mol/L的AgNO3溶液，将0.5g的隧道型结构K2Nb2O6纤维放入溶液中进行室温搅拌，使Ag+通过与K+离子交换进入到隧道型结构中，离子交换两次，每次12h，然后经过滤，将沉淀用去离子水洗涤，在50℃下干燥，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
步骤2：在400℃热处理隧道型结构Ag2Nb2O6纤维2h，得到钙钛矿结构的AgNbO3纤维。
本实例所得到的单根由纳米晶组成AgNbO3纤维的直径为1μm，长度为5μm，纳米晶粒度为50nm。
实施例2
一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置0.4mol/L的AgNO3溶液，将0.5g的隧道型结构K2Nb2O6纤维放入溶液中进行室温搅拌，使Ag+通过与K+离子交换进入到隧道型结构中，离子交换两次，每次15h，然后经过滤，将沉淀用去离子水洗涤，在45℃下干燥，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
步骤2：在500℃热处理隧道型结构Ag2Nb2O6纤维2h，得到钙钛矿结构的AgNbO3纤维。
本实例所得到的单根由纳米晶组成AgNbO3纤维的直径为2μm，长度为20μm，纳米晶粒度为100nm。
实施例3
一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置0.8mol/L的AgNO3溶液，将0.8g的隧道型结构K2Nb2O6纤维放入溶液中进行室温搅拌，使Ag+通过与K+离子交换进入到隧道型结构中，离子交换两次，每次24h，然后经过滤，将沉淀用去离子水洗涤，在50℃下干燥，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
步骤2：在550℃热处理隧道型结构Ag2Nb2O6纤维3h，得到钙钛矿结构的AgNbO3纤维。
本实例所得到的单根由纳米晶组成AgNbO3纤维的直径为4μm，长度为40μm，纳米晶粒度为200nm。
实施例4
一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置1.0mol/L的AgNO3溶液，将1.0g的隧道型结构K2Nb2O6纤维放入溶液中进行室温搅拌，使Ag+通过与K+离子交换进入到隧道型结构中，离子交换两次，每次20h，然后经过滤，将沉淀用去离子水洗涤，在55℃下干燥，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
步骤2：在600℃热处理隧道型结构Ag2Nb2O6纤维3h，得到钙钛矿结构的AgNbO3纤维。
本实例所得到的单根由纳米晶组成AgNbO3纤维的直径为5μm，长度为60μm，纳米晶粒度为500nm。
如图1所示，其是由本发明制备的铌酸银纤维的XRD图谱。由图可以看出：本发明制备的产物为钙钛矿结构的AgNbO3。
如图2所示，是由本发明制备的纳米铌酸银纤维的SEM照片。由图可以看出：本发明得到的钙钛矿结构AgNbO3纤维是由纳米晶组成的多晶，单根纤维直径约为1～5μm，长度为5～60μm，纳米晶粒度是50～500nm。
如图3和图4所示，其是由本发明制备的纳米铌酸银纤维的透射电镜(TEM)和SAED照片。由图可以看出：本发明得到的钙钛矿结构AgNbO3纤维多晶显示了类似于单晶衍射斑点，表明其晶体具有取向性。

Claims (8)

1.一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取0.5～1.0g隧道型K2Nb2O6纤维，加入到浓度为0.2～1.0mol/L的AgNO3溶液中，充分搅拌后过滤，将沉淀经洗涤、干燥处理，得到隧道型结构Ag2Nb2O6纤维；
2）将隧道型结构Ag2Nb2O6纤维在400～600℃下热处理，得到钙钛矿结构AgNbO3纤维。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的充分搅拌包括两次离子交换，第一次离子交换搅拌结束后将溶液过滤，得到沉淀，将该沉淀再次放入到新配制的浓度为0.2～1.0mol/L的AgNO3溶液中继续搅拌进行第二次离子交换。
3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：所述两次离子交换的搅拌时间均为12～24h。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1）搅拌时的温度为室温。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2）热处理的时间为2～5h。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：步骤1）采用去离子水对沉淀进行洗涤。
7.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构AgNbO3纤维的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的干燥温度为45～55℃。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的方法制得的钙钛矿结构AgNbO3纤维，其特征在于，该钙钛矿结构AgNbO3纤维是由纳米晶组成的多晶，具有取向性，单根纤维直径为1～5μm，长度为5～60μm，纳米晶粒度为50～500nm。
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