[發(fā)明專利]光學特性可調的鈮酸錫材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2022-04-10
• 公開（公告）號: CN114634204B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 高爽;楊欣和;李琦
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C01G33/00
• 分類號: C01G33/00;C02F1/30;C02F1/72;B01D53/86;B01D53/62;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 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)明公開了一種光學特性可調的鈮酸錫材料及其制備方法和應用，屬于無機非金屬材料制備、太陽能利用與環(huán)境保護技術領域。具體為采用低熔點的金屬輔助固相合成，避免了傳統(tǒng)固相合成制備獲得的鈮酸錫材料晶粒過于粗大且光學性質難以調控的缺陷，制備獲得的鈮酸錫材料顆粒尺寸小于1微米，具有光學特性可調的特點，能夠吸收可見光波段的太陽光，可用作一種半導體材料應用于光催化領域。

技術領域

本發(fā)明涉及無機非金屬材料制備、太陽能利用與環(huán)境保護技術領域，具體涉及一種光學特性可調的鈮酸錫材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，在生產中以各種方式導致的水污染問題已經(jīng)成為了一個不可忽視的重要問題，在影響環(huán)境的同時也威脅著人類的身體健康，其中的污染源也從早期的染料、農藥、重金屬等逐漸變得越發(fā)多元。然而傳統(tǒng)的污水處理方式面對著愈發(fā)多元的污染物存在著效率較低且容易產生二次污染的問題，亟需開發(fā)一種通用、高效的新型水污染處理方法。

自1972年首次發(fā)現(xiàn)TiO₂光催化劑以來，光催化的污染處理方法以其選擇性低、效率高等優(yōu)點受到了廣泛的關注。光催化的污水處理借由光催化劑在光照下激發(fā)產生的羥基自由基與超氧自由基等活性基團，可以將有機、無機等絕大多數(shù)污染物完全降解為無害物且不會產生二次污染。由于光催化反應的效果完全依賴于其所用的光催化劑，擁有合適的能帶結構與晶體結構的光催化材料的設計合成對光催化技術的發(fā)展具有十分重要的促進作用。

鈮酸錫由于其合適的禁帶寬度以及獨特的層狀結構在光催化技術領域有著良好的應用潛力，但是，如何高效地合成具有層狀晶體結構的鈮酸錫材料仍然是科研工作者急需解決的問題。常見的鈮酸錫制備方法包括固相燒結法和水熱法。簡單的固相燒結法常采用兩種氧化物粉進行燒結，制備過程中所需溫度過高且獲得的材料晶粒尺寸過大，得不到良好的光催化效果；水熱法對原料要求高，常采用昂貴的鈮鹽或者是需要強酸對鈮氧化物進行溶解，獲得的鈮酸錫材料往往結晶度不夠且伴隨有雜相。這些都嚴重限制了鈮酸錫在光催化技術領域的實際應用，故需要對現(xiàn)有制備方法進行創(chuàng)新，在溫和的條件下獲得具有較小晶粒尺寸、光學特性可調且相結構具有層狀晶體結構的鈮酸錫材料。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種光學特性可調的鈮酸錫材料及其制備方法和應用，具體為采用低熔點的金屬輔助固相合成，避免了傳統(tǒng)固相合成制備獲得的鈮酸錫材料晶粒過于粗大且光學性質難以調控的缺陷，制備獲得的鈮酸錫材料顆粒尺寸小于1微米，具有光學特性可調的特點，能夠吸收可見光波段的太陽光，可用作一種半導體材料應用于光催化領域。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種光學特性可調的鈮酸錫材料，其特征在于：該材料為鈮酸錫多元氧化物材料，禁帶寬度為2.1-2.7eV，具有可調的光學特性，能夠吸收太陽光譜中紫外與可見光波段的光能。

該材料主要的相組成為層狀錫石相的鈮酸錫，以原子比計的化學組成表達式為Sn_xNb_yO_z，X＝0.2-2.2，Y＝1-3，Z＝6-7。

所述鈮酸錫材料顆粒尺寸小于1微米。

所述鈮酸錫材料采用復合制片結合惰性煅燒的工藝制備而成，其制備方法具體包括如下步驟：

(1)復合制片：將錫粉與鈮氧化物粉末按一定比例混合均勻并壓制成原料片；

(2)惰性煅燒：將原料片置于惰性環(huán)境中進行煅燒，溫度為500～900℃，保溫時間為1～6h；

(3)將步驟(2)所得的產物研磨成粉末，將金屬成分與黃色粉末分離，所得的黃色粉末即所需鈮酸錫材料。

進一步地，步驟(1)中，錫粉與鈮氧化物粉末的質量比為1:1-10:1，鈮氧化物可為一氧化鈮、二氧化鈮、三氧化二鈮、五氧化二鈮和水合氧化鈮中的一種或幾種。