用于光催化剂的层状铌酸盐制造技术

本发明专利技术涉及式H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】catalysts for photochemical hydrogen evolution
″
中，通过用四(正丁基)铵剥离相应的Dion
‑
Jacobson层状钙钛矿(HCa2Nb3O
10
、HSr2Nb3O
10
和HLaNb2O7)和随后用盐酸处理而生产层状铌酸盐纳米片，并测量它们的光催化性质并与常规化合物的光催化性质进行比较。
[0010]Fang等人在Journal of Wuhan University of Technology
‑
Mater.Sci.Ed.，2002，第7卷，第2期，标题
″
Synthesis and characterization of a new triple
‑
layered Perovskite KSr2Nb3O
10 and its protonated compounds
″
下描述了通过固态合成生产KSr2Nb3O
10
，随后用酸处理以通过质子交换获得化合物HSr2Nb3O
10
*1.5H2O。对这两种化合物给出的层间距为(KSr2Nb3O
10
)和(HSr2Nb3O10*1.5H2O)。
[0011]尽管许多具有良好光催化活性的化合物是已知的，但仍然需要具有改进的效率并可用于水的太阳能化学分解的光催化剂。
[0012]已经令人惊讶地发现，通过新型层状铌酸盐实现这一目的，该新型层状铌酸盐的特征在于它们在质子化状态下具有不同的层间距。
[0013]因此，本专利技术的第一主题是式[H
a
A
b
]+
[Sr2Nb3O
10
]‑
的层状铌酸盐，其中[Sr2Nb3O
10
]‑
形成主层且[H
a
A
b
]+
形成中间层，其中H选自H
+
和H3O
+
，且A选自K
+
、Cs
+
和Rb
+
，其中0.6≤a≤1和0≤b≤0.4，其中a+b＝1，其特征在于所述层状铌酸盐在主层之间具有不同间距。
[0014]优选地，根据本专利技术的层状铌酸盐是具有组成[H
a
A
b
]+
[Sr2Nb3O
10
]‑
的层状铌酸盐，其中0.6＜a≤1和0≤b≤0.4，其中a+b＝1，优选0.7＜a≤1和0≤b≤0.3，特别优选0.8＜a≤1和0≤b≤0.2，在每种情况下其中a+b＝1。
[0015]根据本专利技术的层状铌酸盐优选是如上文定义的Dion
‑
Jacobson型层状钙钛矿类型的一种，M[Sr2Nb3O
10
]，其中M是[H
a
A
b
]。根据本专利技术的层状铌酸盐的特征因此在于，带正电荷的元素M
+
插入带负电荷的主层[Sr2Nb3O
10
]‑
之间。可以借助XRD测量测定的各层之间的间距与插入元素M
+
的尺寸相关。在根据本专利技术的情况下，令人惊讶地发现，在层状铌酸盐中形成不同的层间距，这在XRD图中通过相应反射的加倍来表示(“双峰”)。不受制于特定理论，但推测，水和/或水合的水合氢离子不均匀地并入中间层中导致一些层之间的层间距大于另一些层之间的层间距，即根据本专利技术的层状铌酸盐具有两个相。具有较大层间距的相被认为是水合相，而具有较小层间距的相被解释为在中间层中没有额外并入水的相。已经令人惊讶地发现，根据本专利技术的层状铌酸盐的光催化活性随着水合和脱水两相的出现而显著增加。在这方面，优选的是本专利技术的一个实施方案，其中层状铌酸盐具有水合相和脱水相。水合相在此在中间层中包含水分子和/或水合的水合氢离子(H3O
+
*H2O)，而脱水相在中间层中不包含相应的分子。
[0016]现有技术中已知的是，如果通常插入中间层中的碱金属离子的至少一些与质子交换，可以提高层状钙钛矿的光催化活性。因此，优选的是本专利技术的一个实施方案，其中层状铌酸盐具有至少60％，优选大于70％，特别优选80至100％的质子化程度。在本专利技术中，“质子化程度”是指中间层中已经被质子交换的碱金属离子的比例，因此可以通过例如借助EDX测定被交换的碱金属离子的含量来确定质子化程度。因此，60％的质子化程度被如下理解，即通常插入中间层中的碱金属离子的60％已被质子替代。如上所述，在此可以通过与未质子化的化合物比较碱金属离子含量来测量质子化程度。
[0017]根据本专利技术的层状铌酸盐的特征特别在于，其具有层间距不同的两个相。可以借助XRD测量来识别这些相。在一个优选实施方案中，根据本专利技术的层状铌酸盐的002和004x
‑
射线衍射反射作为两个反射(“双峰”)出现。在根据本专利技术的层状铌酸盐的XRD谱中，所述反射因此作为双重反射出现，而非如在常规层状铌酸盐的光谱中那样作为单个反射出现。
[0018]可以通过用质子替代插入中间层中的至少一些碱金属离子来提高根据本专利技术的层状铌酸盐的光催化活性。如果碱金属离子是钾离子，这种交换已证明特别有效。因此，特别优选的是本专利技术的一个实施方案，其中A是钾离子。
[0019]不受制于特定理论，但推测，特别正是质子化步骤有助于形成根据本专利技术的层状铌酸盐的特殊结构。因此，在一个优选实施方案中，通过用硝酸水溶液(HNO3)处理式ASr2Nb3O
10
的化合物而生产该层状铌酸盐，其中A选自K
+
、Cs
+
和Rb
+
。所述用硝酸水溶液的处理优选在40℃至70℃，优选50℃至65℃的温度下进行。该处理的持续时间取决于所需的质子化程度，并在一个优选实施方案中可为3至24小时，优选5至20小时，特别优选12至18小时。此外，已经证明有利的是，在处理过程中更新硝酸水溶液。因此，特别优选的是一个实施方案，其中硝酸水溶液每4至10小时，优选每5至8小时被新鲜溶液替换。在另一个优选的实施方案中，硝酸水溶液的浓度为0.5至2.5M，优选0.5至1.5M。
[0020]本专利技术的另一主题是生产根据本专利技术的层状铌酸盐的方法，其中所述方法包括在40℃至70℃，优选50℃至65℃的温度下用硝酸水溶液(HNO3)处理通式ASr2Nb3O
10
的化合物，其中A选自K+、Cs
+
和Rb
+
。该处理的持续时间取决于所需的质子化程度，并在一个优选实施方案中可为3至24小时，优选5至20小时，特别优选12至18小时。此外，已经证明有利的是，在处理过程中更新硝酸水溶液。因此，特别优选的是一个实施方案，其中硝酸水溶液每4至10小时，优选每5至8小时被新鲜溶液替换。在另一个优选的实施方案中，硝酸水溶液的浓度为0.5至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.式[H
a
A
b
]
+
[Sr2Nb3O
10
]
‑
的层状铌酸盐，其中[Sr2Nb3O
10
]
‑
形成主层且[H
a
A
b
]
+
形成中间层，其中H选自H
+
和H3O
+
，且A选自K
+
、Cs
+
和Rb
+
，其中0.6≤a≤1和0≤b≤0.4，其中a+b＝1，其特征在于所述层状铌酸盐在主层之间具有不同间距。2.如权利要求1中所述的层状铌酸盐，其特征在于所述层状铌酸盐是Dion
‑
Jacobson类型的层状钙钛矿。3.如前述权利要求的至少一项中所述的层状铌酸盐，其特征在于所述层状铌酸盐具有水合相和脱水相。4.如前述权利要求的至少一项中所述的层状铌酸盐，其特征在于所述层状铌酸盐具有至少60％，优选大于70％，特别优选80至100％的质子化程度，其中所述质子化程度借助EDX测定。5.如前述权利要求的至少一项中所述的层状铌酸盐，其特征在于所述层状铌酸盐在中间层中包含水分子和/或水合的水合氢离子(H3O
+
*H2O)。6.如前述权利要求的至少一项中所述的层状铌酸盐，其特征在于002...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：钽铌欧碧盛创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：