[發(fā)明專利]一種多孔氧化鈮納米材料及其制備方法和在碳中和中的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN114054016B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高爽;張皓宇;李琦
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;B01J35/10;C07C1/12;C07C11/04;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種多孔氧化鈮納米材料及其制備方法和在碳中和中的應(yīng)用，屬于無機非金屬材料制備、環(huán)境保護技術(shù)和太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該多孔氧化鈮材料通過可分解模板法來獲得，在結(jié)晶成相過程伴隨著模板的分解，限制晶粒之間的熟化，成功獲得具有多孔微觀結(jié)構(gòu)的納米材料。所述多孔氧化鈮納米材料在太陽光照射下具有良好的有機物降解性能和二氧化碳還原性能，可以直接應(yīng)用于解決水中有機污染物的光催化降解和二氧化碳的資源化轉(zhuǎn)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機非金屬納米材料制備、太陽能利用和二氧化碳轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多孔氧化鈮納米材料及其制備方法和在碳中和中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源危機及環(huán)境污染是當今時代人類所面臨的兩大難題，光催化技術(shù)因為能有效利用太陽能，幾乎可以將任何有機分子氧化，礦化為二氧化碳和無機離子，在降解水中的有機污染物，殺滅水中細菌、病毒等微生物方面受到人們的廣泛關(guān)注。在眾多的光催化劑中，一些寬禁帶的n型半導(dǎo)體如二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫等因低毒、廉價、穩(wěn)定性高和環(huán)境友好型等特點被廣泛的應(yīng)用于光解水制氫、太陽能電池和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。

如何更加有效地轉(zhuǎn)化污染物(或者是目標物)，是提高太陽能利用率的一個重要方向，同時也是光催化劑設(shè)計的一個熱點研究方向。其中，提高光催化材料的表面活性，以提高材料與污染物之間電荷轉(zhuǎn)移效率，被認為是提高光催化反應(yīng)效率一個重要的思路。

對于常見的氧化物半導(dǎo)體來說，以氧化鈮為例，其具有較高的導(dǎo)帶，光照下激發(fā)的光生電子具有較高的能量，可以用來還原環(huán)境中的目標物，有望應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)以及二氧化碳轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。要獲得晶化良好的材料體系就必不可少地要引入加熱或者是煅燒的工藝。但是該工藝的引入又會帶來光催化材料晶粒的長大，減少材料表面的活性位點，從而降低了氧化物半導(dǎo)體的光催化活性。這種表面活性位點的降低對于光催化轉(zhuǎn)化氣體分子是十分不利的。因此，為了便于工業(yè)化推廣以及提高光催化材料表面活性的考慮，開發(fā)一種簡單可行的改進煅燒制備工藝，在盡可能地保留光催化材料表面活性位點的前提下提高氧化物的晶化程度以促進光生電子與空穴的分離，是環(huán)境修復(fù)材料領(lǐng)域以及太陽能利用領(lǐng)域一個重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔氧化鈮納米材料及其制備方法和在碳中和中的應(yīng)用，所述多孔氧化鈮材料通過可分解模板法來獲得，在結(jié)晶成相過程伴隨著模板的分解，限制晶粒之間的熟化，成功獲得具有多孔微觀結(jié)構(gòu)的納米材料。所述多孔氧化鈮納米材料在太陽光照射下具有良好的有機染料降解性能和二氧化碳還原性能，可以直接應(yīng)用于解決水中有機污染物的光催化降解和二氧化碳的資源化轉(zhuǎn)化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種多孔氧化鈮納米材料，其為六方晶體結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸為5-50nm，具有納米孔的微觀結(jié)構(gòu)。

所述的多孔氧化鈮納米材料是通過前驅(qū)體配制—模板熱解—洗滌干燥的工藝流程制備獲得的，其制備方法具體包括如下步驟：

(1)前驅(qū)體配制：首先配置1-1000mmol/L的鈮鹽溶液，隨之將其緩慢滴入碳酸銨固體粉末中，獲得模板熱解的混合體系；

(2)模板熱解：將步驟(1)獲得的混合體系，置于300～600℃溫度下保溫0.5-20h；

(3)洗滌干燥：將經(jīng)步驟(2)模板熱解后所得粉末，用二次去離子水和無水乙醇交替洗滌5～8次，放入干燥箱在40～120℃溫度下干燥一天，即得到所述多孔氧化鈮納米材料。

上述步驟(1)中，用于配制鈮鹽溶液的溶劑為水、酒精和乙二醇中的一種或幾種混合，鈮鹽為氯化鈮、乙酸鈮或硝酸鈮酰。

步驟(1)中，所述鈮鹽溶液中的鈮鹽與碳酸銨固體粉末的重量比例為1:(10-50)。

將所述多孔氧化鈮納米材料直接應(yīng)用于有機染料的光催化降解；或者將所述多孔氧化鈮納米材料直接應(yīng)用于二氧化碳的光催化轉(zhuǎn)化，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為烯烴。