铌酸盐材料及其制备方法技术

一种铌酸盐材料的制备方法，其包括如下步骤：将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，以制得铌酸盐前驱体溶液；将所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应，以制得悬浮液；以及将所述悬浮液离心，并将沉淀物进行洗涤、干燥，以制得铌酸盐材料。本发明专利技术还提供上述制备方法所制得的铌酸盐材料。本发明专利技术的制备方法工艺简单、成本低廉，且制得的铌酸盐材料具有晶粒尺寸较小，物相纯。

Niobate materials and their preparation methods

Method for preparing niobium acid salt material, which comprises the following steps: chlorinated compounds, metal niobium chloride and sodium hydroxide in alcohol solution, to prepare niobate precursor solution; the niobate precursor solution by hydrolysis to prepare the suspension and the suspension; the precipitate is centrifuged, washed and dried to prepare niobate materials. The invention also provides the niobate material obtained by the preparation method. The preparation method of the invention is simple in process and low in cost, and the prepared niobate material has small grain size and pure phase.

【技术实现步骤摘要】
铌酸盐材料及其制备方法
本专利技术属于无机非金属材料制备
，尤其涉及一种铌酸盐材料及其制备方法。
技术介绍
铌酸盐既可作为一种微波介质陶瓷，也可以作为多种反应的催化材料。因此，铌酸盐广泛应用于电子元器件材料、催化材料以及电极材料。铌酸盐的晶粒尺寸直接影响着其自身性能。传统铌酸盐材料的合成方法主要采用高温固相法，其合成温度通常在1000℃以上。然而，高温条件极易造成铌酸盐颗粒长大或是生成其他杂相。此外，高温合成方法的生产成本较高，因此不利于铌酸盐材料的大规模生产。目前，为了减小铌酸盐材料的晶粒尺寸，通过采用表面活性剂或者其他模板剂来引导铌酸盐晶粒的成核和长大。然而，表面活性剂的使用易降低最终氧化物材料的纯度。这是由于铌酸盐材料体系中存在着两种金属离子，因此在制备过程中表面活性剂的选择容易受到限制，也即表面活性剂的选择需同时对两种离子有相似的键合能力，如果两种离子键合能力差别过大，则会影响最终产物的化学计量比，从而得不到纯相的铌酸盐材料。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种晶粒尺寸较小、物相纯、且制备工艺简单的铌酸盐材料及其制备方法。一种铌酸盐材料的制备方法，其包括如下步骤：将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，以制得铌酸盐前驱体溶液；将所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应，以制得悬浮液；以及将所述悬浮液离心，并将沉淀物进行洗涤、干燥，以制得铌酸盐材料。在一实施例中，所述含氯铌化合物与所述金属氯化物的摩尔比为2:1。在一实施例中，所述含氯铌化合物、所述金属氯化物及所述氢氧化钠的浓度均为1-1000mmol/L。在一实施例中，所述含氯铌化合物为五氯化铌，所述金属氯化物选自氯化亚锰、氯化铋、氯化锶中的一种或它们之间的组合，所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子与金属离子的浓度比为2:1。在一实施例中，所述含氯铌化合物为五氯化铌，所述金属氯化物为氯化亚锰，所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子与亚锰离子的浓度比为2:1。在一实施例中，所述醇溶液选自甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种或它们之间的组合。在一实施例中，所述氢氧化钠的摩尔量为所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子和金属离子总摩尔数的2.5-4倍。在一实施例中，所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应的温度为150-300℃，水解反应的时间为10-200小时，所述沉淀物的干燥温度为50-60℃，干燥时间为10-30小时。在一实施例中，所述沉淀物的洗涤步骤为将所述沉淀物采用第一清洗剂和第二清洗剂交替清洗，所述第一清洗剂为二次去离子水或超纯水，所述第二清洗剂为无水乙醇。本专利技术还提供一种如上制备方法所制得的铌酸盐材料，所述铌酸盐材料的粒径小于1微米，所述铌酸盐材料具有正交相的钶铁矿结构。相较于现有技术，本专利技术的铌酸盐材料的制备方法，通过将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，从而使得反应体系中原位生成难溶的氯化钠沉淀，氯化钠一经生成在空间上限制了铌酸盐晶体材料的长大，并且限定了铌离子和金属离子在反应体系中的扩散，进而能够制得小粒径的铌酸盐材料。此外，通过低温水解所述铌酸盐前驱体溶液，不仅能够进一步限制铌酸盐材料粒径的增大，且合成温度较低，从而减少了能耗和反应成本，便于大规模生产。本专利技术的铌酸盐材料的晶粒尺寸较小，颗粒尺寸分布均匀且其物相纯。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例的铌酸盐材料的合成路线图。图2是本专利技术实施例1所制得的铌酸锰材料的X射线衍射图谱。图3是本专利技术实施例1所制得的铌酸锰材料的透射电镜形貌图。图4是本专利技术实施例1所制得的铌酸锰材料在可见光照射下降解水中有机染料罗丹明B效果图。主要元件符号说明无如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式请参阅图1，本专利技术的铌酸盐材料的制备方法，其包括如下步骤：步骤100，将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，以制得铌酸盐前驱体溶液。具体的，将所述氯铌化合物、所述金属氯化物和所述氢氧化钠加入所述醇溶液后，充分搅拌0.5-5小时，并陈化0.5-2小时。其中，所述含氯铌化合物为五氯化铌。所述金属氯化物选自氯化亚锰、氯化铋、氯化锶中的一种或它们之间的组合。所述醇溶液选自甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种或它们之间的组合。在本实施例中，所述含氯铌化合物为五氯化铌，所述金属氯化物为氯化亚锰，所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子与亚锰离子的浓度比为2:1。所述含氯铌化合物与所述金属氯化物的摩尔比为2:1。所述含氯铌化合物、所述金属氯化物及所述氢氧化钠的浓度均为1-1000mmol/L。所述氢氧化钠的摩尔量大于所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子和金属离子总摩尔数的2.5倍。优选的，所述氢氧化钠的摩尔量为所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子和金属离子总摩尔数的2.5-4倍，从而能够避免过量的氢氧化钠导致反应体系的不稳定及杂相的产生。可以理解的，所述搅拌步骤能够避免反应物、产物及反应物与产物之间发生团聚，所述陈化步骤能够确保晶粒产物的尺寸的均匀性。通过设计搅拌时间和陈化时间，不仅能够在预设的时间内确保产物中的铌离子和金属离子具有合适配比，同时还能够避免反应时间过短导致反应不充分，以及反应时间过长导致团聚加剧。步骤200，将所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应，以制得悬浮液。其中，所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应的温度为150-300℃，水解反应的时间为10-200小时。可以理解的，当水解温度过低时，获得晶化良好的钶铁矿相铌酸盐易受限；当水解温度过高时，易导致杂相的生成以及晶粒的长大，从而不利于获得纳米尺寸的铌酸盐材料。步骤300，将所述悬浮液离心，并将沉淀物进行洗涤、干燥，以制得铌酸盐材料。具体的，将所述悬浮液离心后，将所述沉淀物采用第一清洗剂和第二清洗剂交替清洗。随后将洗涤后的产物进行干燥处理一段时间，以获得所述铌酸盐材料。其中，所述第一清洗剂为二次去离子水或超纯水。可以理解的，所述二次去离子水是指经过两次去离子处理的水，所述超纯水是指电阻率达到18MΩ*cm(25℃)的水。所述第二清洗剂为无水乙醇。在本实施例中，所述第一清洗剂为二次去离子水，所述第二清洗剂为无水乙醇，所述沉淀物可以先采用所述第一清洗剂清洗，而后采用所述第二清洗剂清洗。在其他实施例中，所述沉淀物也可以先采用所述第二清洗剂清洗，而后采用所述第一清洗剂清洗。采用所述二次去离子水和所述无水乙醇交替洗涤所述沉淀物5-8次，从而能够减少氯离子的残留，进而制得醇纯相的铌酸盐材料。可以理解的，本专利技术所述的洗涤次数是为了确保充分洗干净铌酸盐材料的最低次数。所述沉淀物的干燥温度为50-60℃，干燥时间为10-30小时。可以理解的，所述沉淀物的干燥温度过高会造成铌酸盐材料材料的二次硬团聚，所述干燥时间能够确保所述铌酸盐材料充分干燥。本专利技术的铌酸盐材料的制备方法，通过将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，从而使得反应体系中原位生成难溶的氯化钠沉淀，氯化钠一经生成在空间上限制了铌酸盐晶体材料的长大，并且限定了铌离子和金属离子在反应体系中的扩散，进而能够制得小粒径的铌酸盐材料。此外，通过低温水解所述铌酸盐前驱体溶液，不仅能够进一步限制铌酸盐材料粒径的增大，且合成温度较低，从而减少了能耗和反应成本，便于大规模生产。此外，通过离心、洗涤、干燥目标产物，从而能够获得纯相的纳米级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸盐材料的制备方法，其包括如下步骤：将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，以制得铌酸盐前驱体溶液；将所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应，以制得悬浮液；以及将所述悬浮液离心，并将沉淀物进行洗涤、干燥，以制得铌酸盐材料。

【技术特征摘要】
1.一种铌酸盐材料的制备方法，其包括如下步骤：将含氯铌化合物、金属氯化物和氢氧化钠加入醇溶液中，以制得铌酸盐前驱体溶液；将所述铌酸盐前驱体溶液进行水解反应，以制得悬浮液；以及将所述悬浮液离心，并将沉淀物进行洗涤、干燥，以制得铌酸盐材料。2.如权利要求1所述的铌酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述含氯铌化合物与所述金属氯化物的摩尔比为2:1。3.如权利要求1所述的铌酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述含氯铌化合物、所述金属氯化物及所述氢氧化钠的浓度均为1-1000mmol/L。4.如权利要求1所述的铌酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述含氯铌化合物为五氯化铌，所述金属氯化物选自氯化亚锰、氯化铋、氯化锶中的一种或它们之间的组合，所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子与金属离子的浓度比为2:1。5.如权利要求4所述的铌酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述含氯铌化合物为五氯化铌，所述金属氯化物为氯化亚锰，所述铌酸盐前驱体溶液中的铌离子与...

【专利技术属性】
技术研发人员：高爽，李勃，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44