CN109626427B - 五氧化二铌纳米片及其可控制备方法 - Google Patents

五氧化二铌纳米片及其可控制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了五氧化二铌纳米片的可控制备方法，包括以下步骤：S1：由铌盐化合物和结构导向剂制备氧化铌纳米材料；S2：制成五氧化二铌纳米片。本发明制成的五氧化二铌纳米片比表面积，边缘规整。本发明的五氧化二铌纳米片的可控制备方法将铌盐化合物在结构导向剂作用下，通过水热法可控制地制备五氧化二铌纳米片，制得的五氧化二铌纳米片的比表面积、形貌和晶型均得到了改善。

Description

五氧化二铌纳米片及其可控制备方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种高比表面积的五氧化二铌纳米片的可控制备方法。
背景技术
目前，五氧化二铌(Nb2O5)纳米材料的合成及性能测试是研究的热门课题之一，该类化合物在催化，传感器，光电，环保等领域的应用广泛，拥有巨大的商业价值。近年来，已经研发出了多种制备五氧化二铌纳米材料的物理方法和化学方法。探索低成本、简便、高效、粒径可控、比表面可控的五氧化二铌纳米材料的制备方法，一直是该领域研究的重点。合成该类纳米材料的难题是调控纳米颗粒的大小、控制五氧化二铌的形貌、控制五氧化二铌的比表面积和孔径大小。
采用不同的制备方法可制备出不同形貌的五氧化二铌，包括使用不同的铌源：金属铌、氯化铌、乙醇铌、草酸铌等。
现有很多工作研究中，五氧化二铌纳米片制备方法主要有：溶剂法、电纺丝法和高温氧化法。
传统制备方法中使用的金属铌、氯化铌和乙醇铌的价格昂贵，其中氯化铌和乙醇铌保存要求高，活性强，不易操作。且这些制备方法都不易控制五氧化二铌纳米片的尺寸，得到的五氧化二铌纳米片比表面积较小，许多五氧化二铌纳米片为不规则形状。
发明内容
本发明通过提供五氧化二铌纳米片的可控制备方法及其产物，解决了五氧化二铌纳米片的制备过程繁琐、成本高昂，且制得的五氧化二铌纳米片的比表面积较小，许多纳米片为不规则形状的问题。
实现本发明目的的技术方案是五氧化二铌纳米片的可控制备方法，包括以下步骤：
S1：由铌盐化合物和结构导向剂制备氧化铌纳米材料。
S2：制成五氧化二铌纳米片。
所述S1中制备氧化铌纳米材料的方法为：
S101：将结构导向剂溶解于溶液中，配成导向剂溶液。将铌盐化合物溶解于水中，配成铌盐溶液。
S102：将导向剂溶液与铌盐溶液混合，加热搅拌，制成铌盐混合溶液。
S103：调节铌盐混合溶液调节的PH，加热搅拌，制成氧化铌纳米材料。
所述S101中，以重量份数计，加入5～10份的结构导向剂。所述结构导向剂为聚乙烯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯胺、聚乙酰胺中的至少一种。所述的溶剂的选择为水、异丙醇、正丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述S101中，以重量份数计，加入0.5～10份的铌盐化合物。所述铌盐化合物为草酸铌、草酸铌铵、柠檬酸铌、五氯化铌、乙醇铌、酒石酸铌中的至少一种。
所述S102中，以重量份数计，加入80～95份的水。加热搅拌温度为30℃～100℃，搅拌速度为500r/min～30000r/min，搅拌时间为1h～24h。
所述S103中，通过滴加硝酸调节所述铌盐混合溶液PH值至1～6之间，以重量份数计，加入0.1～0.5份的浓度为30％～60％的硝酸，滴加速度为0.1ml/min～10ml/min。加热搅拌温度为30℃～100℃，搅拌速度为500r/min～3000r/min，搅拌时间为2h～12h。
所述S2中制成五氧化二铌的方法为：
S201：将氧化铌纳米材料放入反应釜，水热反应，制成五氧化二铌粗产物。
S202：将五氧化二铌粗产物用溶剂洗涤，真空干燥制成五氧化二铌纳米片。
所述S201中，反应釜的反应温度为180℃～200℃，反应时间为12h～60h。
所述S202中，溶剂为异丙醇、正丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
第二方面，本发明提供一种五氧化二铌纳米片，由前述方法制备而得。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的五氧化二铌纳米片的可控制备方法将铌盐化合物在结构导向剂作用下，可控制地制备五氧化二铌纳米片，制得的五氧化二铌纳米片的比表面积、形貌和晶型均得到了改善。
(2)本发明的五氧化二铌纳米片的可控制备方法采用水热法制备五氧化二铌纳米片，利用反应釜内高温高压的条件，有效促进了五氧化二铌纳米片的形成，改善了五氧化二铌的比表面积和形貌，制作方法更加简捷，制成的产品物理化学性能更加优良。
(3)本发明制得的五氧化二铌纳米片，可通过调控溶剂的用量和PH值，有效控制五氧化二铌纳米片的物理化学性质。通过调整结构导向剂的类型和用量，调控纳米片的结晶效果和晶型。通过调整搅拌的时间和速度，调控纳米片的大小。通过调整硝酸的滴入速度和滴加的量，调控纳米片的比表面积。通过调整反应釜的时间和温度，调控纳米片的厚度大小。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为实施例1的TEM图。
图2为实施例2的TEM图。
图3为实施例3的XRD图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，将10g聚乙酰胺溶于10ml异丙醇中，配成溶液，加热搅拌，搅拌速度为500r/min，温度控制为80℃，反应时间为3h。称取草酸铌铵2g溶于10ml水，加入90g水，倒入聚合物溶液中，搅拌30min。以0.3ml/min的速度滴加60％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h，搅拌速度为500r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，180℃反应3days。取出釜中固体，用四氢呋喃加热洗涤，温度为50℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
本实施例所制得的五氧化二铌纳米片的透射电镜照片如图1所示，可观察出本实施例制得的五氧化二铌纳米片厚度较低，边缘规整，性能优良。
(实施例2)
将10g聚乙酰胺溶于10ml异丙醇中，配成溶液，加热搅拌，温度控制为40℃，反应时间为3h。称取草酸铌3g溶于10ml水，加入90g水，倒入聚合物溶液中，搅拌30min，搅拌速度为2000r/min。以1ml/min的速度滴加60％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h，搅拌速度为5000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应3days。取出釜中固体，用四氢呋喃加热洗涤，温度为60℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
本实施例所制得的五氧化二铌纳米片的透射电镜照片如图2所示，可观察出本实施例制得的五氧化二铌纳米片边缘规整，大小和厚度较实施例1均有大幅降低，大大增加了其比表面积，性能优异。
(实施例3)
将20g聚乙烯胺溶于10ml水中，配成溶液，加热搅拌，温度控制为30℃，反应时间为3h。称取五氯化铌2g溶于10ml异丙醇，倒入聚合物溶液中，搅拌30min，再加入80g水，搅拌速度为10000r/min。以5ml/min的速度滴加50％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h，搅拌速度为15000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应3days。取出釜中固体，用去离子水加热洗涤，温度为70℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
本实施例所制得的五氧化二铌纳米片通过X射线衍射方法测出的谱线图如图2所示，可观察出衍射半峰宽较宽，表明本实施制得的五氧化二铌纳米片尺寸较小。
(实施例4)
将10g聚乙烯胺溶于10ml水中，配成溶液，加热搅拌，搅拌速度为5000r/min，温度控制为50℃，反应时间为4h。称取柠檬酸铌1g溶于10ml水，加入95g水，倒入聚合物溶液中，搅拌30min。以8ml/min的速度滴加30％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌10h，搅拌速度为10000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，190℃反应3days。取出釜中固体，用去离子水加热洗涤，温度为80℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
(实施例5)
将20g聚乙烯吡咯烷酮溶于10ml水中，配成溶液，加热搅拌，搅拌速度为1000r/min，温度控制为80℃，反应时间为3h。称取酒石酸铌2g溶于10ml水，加入100g水，倒入聚合物溶液中，搅拌30min。以10ml/min的速度滴加40％浓度硝酸调节pH值至1～2，继续搅拌12h，搅拌速度为30000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应3days。釜中固体取出，用去离子水加热洗涤，温度为80℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
(实施例6)
将10g聚苯胺溶于10ml苯中，配成溶液，加热搅拌，搅拌速度为5000r/min，温度控制为40℃，反应时间为24h。称取五氯化铌3g溶于10ml异丙醇，倒入聚合物溶液中，后再加入90g水，搅拌30min。以5ml/min的速度滴加60％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h，搅拌速度为5000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应3days。取出釜中固体，用N,N-二甲基甲酰胺加热洗涤，温度为60℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
(实施例7)
将10g聚苯胺溶于10ml甲苯中，配成溶液，加热搅拌，温度控制为40℃，反应时间为3h。称取酒石酸铌3g溶于10ml四氢呋喃，倒入聚合物溶液中，再加入85g水，搅拌30min，搅拌速度为8000r/min。以1ml/min的速度滴加60％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h，搅拌速度为3000r/min。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应12h。取出釜中固体，用正丙醇加热洗涤，温度为60℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
(实施例8)
将20g聚乙烯胺溶于10ml二甲苯中，配成溶液，加热搅拌，温度控制为40℃，反应时间为3h。称取乙醇铌4g溶于10ml正丙醇，倒入聚合物溶液中，迅速加入90g水，搅拌30min。以6ml/min的速度滴加60％浓度硝酸调节pH值至3～4，继续搅拌12h。将混合物放入不锈钢反应釜中，200℃反应2days。取出釜中固体，用正丙醇加热洗涤，温度为60℃，离心，干燥得到五氧化二铌纳米片。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.五氧化二铌纳米片的可控制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：由铌盐化合物和结构导向剂制备氧化铌纳米材料；
S2：制成五氧化二铌纳米片；
所述S1中制备氧化铌纳米材料的方法为：
S101：将结构导向剂溶解于溶液中，配成导向剂溶液；将铌盐化合物溶解于水中，配成铌盐溶液；所述S101中，以重量份数计，加入5～10份的结构导向剂、0.5～10份的铌盐化合物；
S102：加入80～95份的水，将导向剂溶液与铌盐溶液混合，加热搅拌，制成铌盐混合溶液；
S103：调节铌盐混合溶液pH值，加热搅拌，制成氧化铌纳米材料，通过滴加硝酸调节所述铌盐混合溶液pH值至1～6之间，以重量份数计，加入0.1～0.5份的浓度为30％～60％的硝酸，滴加速度为0.1ml/min～10ml/min；
所述S2中制成五氧化二铌的方法为：
S201：将氧化铌纳米材料放入反应釜，水热反应，制成五氧化二铌粗产物；
S202：采用溶剂洗涤五氧化二铌粗产物，真空干燥制成五氧化二铌纳米片；
所述结构导向剂为聚乙烯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯胺、聚乙酰胺中的至少一种；
所述S201中，反应釜的反应温度为180℃～200℃，反应时间为12h～60h。
2.根据权利要求1所述的五氧化二铌纳米片的可控制备方法，其特征在于：
所述S202中，洗涤温度为60℃～100℃。
3.五氧化二铌纳米片，其特征在于：由权利要求1至2之一所述的五氧化二铌纳米片的可控制备方法制备而得。
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