一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法及其作为光催化剂的应用技术

本发明专利技术公开了一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法及其作为光催化剂的应用，该制备方法包括：在室温下，称取可溶性铌盐，加入无水乙醇，形成铌盐的乙醇溶液，向溶液中滴加氢氧化有机铵溶液，开始时形成白色浑浊，继续滴加氢氧化有机铵溶液至白色浑浊消失，形成澄清透明溶液；再将所得溶液转移至水热反应釜中，装填量为釜体积的50%～70%，水热反应温度为100～280℃，反应后将反应釜自然降至室温，洗涤，干燥，得到白色粉末；将所得白色粉末在氮气保护下，400～1200℃下煅烧2～12小时，即可得到一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片。本发明专利技术还提供了所合成的掺杂碳、氮五氧化二铌纳米片作为光催化剂应用于光催化苯甲醇氧化为苯甲醛。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法及其作为光催化剂的应用
本专利技术纳米材料和催化领域，特别涉及一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法及其作为光催化剂的应用。
技术介绍
二维纳米材料如石墨烯、二硫化钼(MoS2)纳米薄膜、TiO2纳米薄膜、ZnO纳米片等由于具有大的比表面积及层状结构材料边缘丰富的催化反应活性位点，而被广泛应用于光催化降解染料、光催化甲烷转化反应、光解水制氢和光催化合成有机物等光催化领域。在半导体催化剂中，Nb2O5虽然属于宽禁带氧化物（3.2～4.0eV），但是Nb2O5具有耐酸碱、耐光腐蚀等优点，在光敏化染料电池、光催化合成、光催化降解有机污染物等方面受到了研究者的重视。专利中已有纳米粉体（CN101700910,一种球形纳米级五氧化二铌粉体的制备方法）、纳米空心球（CN101746826B一种制备五氧化二铌纳米空心球的方法）和纳米线（CN103253708B一种醋酸溶剂热制备五氧化二铌纳米线的方法）报道，然而五氧化二铌纳米片报道还比较少。一般来说，五氧化二铌纳米片都是利用化学剥离的方法合成的，如CN101570402B。先在高温下形成层状的碱金属铌酸盐，然后用浓酸离子交换，进一步再用四丁基铵等阳离子化学插层剥离，从而形成纳米片。这种方法步骤多，合成效率低。另外一种方法就是bottom-up的方式（即从下到上的方式），加入保护剂，从而形成纳米片。专利CN104852015A中报道了，在可溶性铌盐（醋酸铌、氟化铌、氯化铌、碘化铌和溴化铌）加入水和乙二胺的混合溶液中，水热法形成了五氧化二铌纳米片。KeizoNakagawa报道了乙醇铌溶解于三乙醇胺，加入氨水保持pH=12.8，然后将此悬浊液转移至水热反应釜中，160℃下反应24小时，可以得到单层氧化铌纳米片。本专利以五氯化铌为铌源，以有机铵的氢氧化物为沉淀剂和模板剂，合成了2～10层纳米层状物，层间存在有机铵离子。在高温隔绝空气的条件下煅烧，得到了一种超薄掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片及其作为光催化的应用。
技术实现思路
综上所述，为了达到上述目的。本专利技术提供了一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法及其作为光催化剂的应用。一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，包括如下步骤：步骤一：在室温下，称取0.1～10质量份的可溶性铌盐，加入10～70体积份的无水乙醇，形成澄清溶液备用；步骤二：向步骤一制备的澄清溶液中，滴加25%的氢氧化有机铵溶液，控制滴加速度，开始时形成白色浑浊，继续滴加氢氧化有机铵溶液至白色浑浊消失，形成透明溶液备用；步骤三：将步骤二所得的透明溶液转移至水热反应釜中，装填量为釜体积的50%～70%，水热反应温度为100～280℃，反应时间为8～96小时，反应后将反应釜自然降至室温，洗涤，干燥，得到白色粉末；步骤四：将步骤三所得白色粉末在氮气气氛、400～1200℃下煅烧2～12小时，即可得到一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片。进一步，所述的步骤一中的可溶性铌盐为：草酸铌铵或五氯化铌或铌酸的氟化氢溶解液。进一步，所述的步骤二中的氢氧化有机铵为：四甲基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵。一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片作为光催化剂的应用。有益效果：本专利技术所合成的掺杂碳、氮五氧化二铌纳米片具有较好的形貌，纳米片厚度为0.3～10纳米，尺寸为100～1000nm，产品比表面积大，具有多级微结构；该方法具有简单，反应温度低，重复性好，成本低的优点。本专利技术所合成的掺杂碳、氮五氧化二铌纳米片可以作为固体酸催化剂，也可应用于光敏化染料电池，锂离子电池中。本专利技术还涉及了所合成的掺杂碳、氮五氧化二铌纳米片作为光催化剂应用于光催化苯甲醇氧化为苯甲醛的有机合成中。附图说明图1为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的X射线衍射图。图2为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的扫描电镜图。图3为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的透射电镜图。图4为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的原子力显微镜图。图5为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的红外光谱图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：实施例1一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，包括如下步骤：在室温下（10-40℃），3.24g五氯化铌溶解于40ml无水乙醇，超声10分钟，形成澄清透明的溶液，然后将向乙醇溶液中逐滴加入25ml浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液，控制滴加速率为0.27ml/min，搅拌30分钟，得到一澄清溶液。将该溶液转移至100ml的具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，240℃水热反应24小时，冷却到室温后，用滤纸过滤，用2000～3000毫升的蒸馏水洗涤，然后用无水乙醇洗涤。将滤出物在100℃下干燥8小时，得到五氧化二铌纳米片。将所得的五氧化二铌纳米片在氮气气氛、500℃下马弗炉中煅烧2小时，就可以得到掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片。图1为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的X射线衍射图,五氧化二铌纳米片的衍射峰对应于ICSD编号为#91098的层状氧化铌。而在N2气氛500℃煅烧2小时后，掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的衍射峰对应于JCPDS标号为27-1311的单斜五氧化二铌。图2为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的扫描电镜图。从图中可以看出，所合成的纳米片组成了花状，没有其他形貌的杂质。图3为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的透射电镜图。从图中可以看出所合成的纳米片非常薄，电子衍射显示为规则的衍射点，说明所合成的纳米片具有单晶结构。图4为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的原子力显微镜图。从图可以看出纳米片的厚度约为2.8纳米。图5为本专利技术所制备的五氧化二铌纳米片的红外光谱图。图中1488cm-1处的吸收峰为季铵盐中C-N键的伸缩振动峰，表明所合成的纳米片层间含有四甲基铵根离子，在N2氛围下焙烧时，可将碳、氮元素掺杂进入氧化铌中。实施例2一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，包括如下步骤：在室温下（10-40℃），3.24g五氯化铌溶解于40ml无水乙醇，超声10分钟，形成澄清透明的溶液，然后将向乙醇溶液中逐滴加入30ml浓度为25%的四乙基氢氧化铵溶液，控制滴加速率为0.27ml/min，搅拌30分钟，得到一澄清溶液。将该溶液转移至100ml的具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，220℃水热反应24小时，冷却到室温后，用滤纸过滤，用2000～3000毫升的蒸馏水洗涤，然后用无水乙醇洗涤。将滤出物在100℃下干燥8小时，得到五氧化二铌纳米片。将所得的五氧化二铌纳米片在氮气气氛、400℃下马弗炉中煅烧2小时，就可以得到掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片。实施例3一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，包括如下步骤：在室温下（10-40℃），1.5g草酸铌铵溶解于30ml无水乙醇，超声10分钟，形成澄清透明的溶液，然后将向乙醇溶液中逐滴加入35ml浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液，控制滴加速率为0.27ml/min，搅拌30分钟，得到一澄清溶液。将该溶液转移至100ml的具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，250℃水热反应24小时，冷却到室温后，用滤纸过滤，用2000～3000毫升的蒸馏水洗涤，然后用无水乙醇洗涤。将滤出物在100℃下干燥8小时，得到五氧化二铌纳米片。将所得的五氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在室温下，称取0.1～10质量份的可溶性铌盐，加入10～70体积份的无水乙醇，形成澄清溶液备用；步骤二：向步骤一制备的澄清溶液中，滴加25%的氢氧化有机铵溶液，控制滴加速度，开始时形成白色浑浊，继续滴加氢氧化有机铵溶液至白色浑浊消失，形成透明溶液备用；步骤三：将步骤二所得的透明溶液转移至水热反应釜中，装填量为釜体积的50%～70%，水热反应温度为100～280℃，反应时间为8～96小时，反应后将反应釜自然降至室温，洗涤，干燥，得到白色粉末；步骤四：将步骤三所得白色粉末在氮气气氛、400～1200℃下煅烧2～12小时，即可得到一种超薄掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂碳、氮的五氧化二铌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在室温下，称取0.1～10质量份的可溶性铌盐，加入10～70体积份的无水乙醇，形成澄清溶液备用；步骤二：向步骤一制备的澄清溶液中，滴加25%的氢氧化有机铵溶液，控制滴加速度，开始时形成白色浑浊，继续滴加氢氧化有机铵溶液至白色浑浊消失，形成透明溶液备用；步骤三：将步骤二所得的透明溶液转移至水热反应釜中，装填量为釜体积的50%～70%，水热反应温度为100～280℃，反应时间为8～96小时，反应后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊利，张永辉，张爱勤，黄改玲，张智强，李明玉，方少明，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41