專利名稱：一種制備釩酸銦納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)功能材料的制備及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及釩酸銦納米顆粒的制備方法， 特別是基于水熱法制備小尺寸釩酸銦納米顆粒的方法。
背景技術(shù)：
釩酸銦屬于原釩酸鹽(M3+VO4 ) ー類的化合物，包括正交晶系和單斜晶系兩種晶系，可用作鋰電池陽(yáng)極材料、電致變色材料等。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)其在光催化領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用潛力。正交晶系的納米釩酸銦帶隙能最低，僅為2. OeV，在小于650nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)均有響應(yīng)，能有效吸收可見光，在太陽(yáng)能利用、水的可見光光催化分解、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。目前，正交晶系的釩酸銦的合成方法主要有三種①高溫固相合成， 但產(chǎn)物中仍含有少量未反應(yīng)的原材料，且其較小的比表面積不利于該系列光催化劑性能的提高；②溶膠-凝膠法，但其產(chǎn)物需經(jīng)高溫焙燒，晶粒較大；③水熱法，但產(chǎn)物中往往混有少量的單斜晶系釩酸銦。這些合成方法都必須在高溫條件下進(jìn)行，且制備出的納米顆粒尺寸較大。而通過改進(jìn)水熱エ藝過程，采用氫氧化鉀作為礦化劑，能在相對(duì)較低的熱處理溫度條件下制備小尺寸正交晶系釩酸銦納米顆粒，是擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域的有效途徑，而具有理論研究和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。納米釩酸銦的制備エ藝是決定其應(yīng)用的前提，因而開展納米釩酸銦的制備エ藝研究具有現(xiàn)實(shí)意義。正交晶系的納米釩酸銦的光催化性能與其比表面積密切相關(guān)，但現(xiàn)今制備方法合成的釩酸銦催化劑比表面積很小，催化劑的表面活性位少，導(dǎo)致其光催化活性較低。因而控制其比表面積和孔徑尺寸、提高釩酸銦光催化劑的比表面積是釩酸銦光催化技術(shù)研究的核心問題，也是釩酸銦實(shí)用化過程中必須解決的關(guān)鍵問題。常規(guī)的水熱法制備的釩酸銦是無(wú)序的，孔分布寬，孔壁一般呈無(wú)定形態(tài)，加入十六烷基三甲基溴化銨做表面活性劑后，通過氫氧化鉀溶液的礦化作用，有利于制備大表面積、高孔容、窄孔徑分布的介孔材料。且能降低由單斜晶系釩酸銦轉(zhuǎn)變?yōu)檎痪碘C酸銦的相轉(zhuǎn)變溫度，避免顆粒尺寸的増大，提高其光生電子-空穴對(duì)的產(chǎn)額。由干與其他催化劑相比，釩酸銦納米顆粒具有光響應(yīng)范圍拓展至可見光條件下的優(yōu)點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，研究一種制備高比表面積的正交晶系釩酸銦納米顆粒的方法將具有非常重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善釩酸銦納米顆粒的光催化特性，提供ー種基于水熱法制備小尺寸釩酸銦納米顆粒的方法，為提高釩酸銦納米顆粒在可見光條件下的光催化性能提供新思路。上述顆粒的粒徑一般為5納米至8納米。本發(fā)明首先制備釩酸銦前驅(qū)體溶膠，然后采用水熱法在濃氫氧化鉀溶液的礦化作用下制得釩酸銦納米顆粒，在相對(duì)較低的溫度條件下焙燒得到正交晶系小尺寸釩酸銦納米顆粒。上述制備小尺寸釩酸銦納米顆粒的具體步驟如下
(I)制備釩酸銦前驅(qū)體
將硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB，為表面活性剤)配置成濃度分別為0. 5 I. Omol/L、I. 0 2. Omol/L和0. 01 0. 05mol/L的溶液，攪拌條件下按銦釩摩爾比 I: (I 2)混合然后按銦釩十六烷基三甲基溴化銨摩爾比為I: (I 2) : (0. 02 0. 05)的比例加入十六烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)攪拌l(Tl2h ;用5 7mol/L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值至8，繼續(xù)攪拌0. 5 lh得到釩酸銦溶膠；將釩酸銦溶膠過濾并用蒸餾水洗滌:T5次，經(jīng)60 100°C干燥4 12h，得到固體粉末；將固體粉末與氫氧化鉀溶液混合后于15(T180°C進(jìn)行水熱處理8 24h，得到釩酸銦前驅(qū)體，將釩酸銦前驅(qū)體用蒸餾水洗滌至洗滌液的PH值為7 ;
(2)制備釩酸銦納米顆粒將洗滌后的釩酸銦前驅(qū)體經(jīng)60 100°C干燥4 12h，最后在馬弗爐中45(T550°C條件下焙燒f 2h得到釩酸銦納米顆粒。本發(fā)明有益效果在于采用水熱法制備小尺寸釩酸銦納米顆粒，其エ藝獨(dú)特、操作簡(jiǎn)便，易于大規(guī)模的エ業(yè)化生產(chǎn)；表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的加入為制備均勻分布的釩酸銦納米顆粒奠定了基礎(chǔ)；通過氫氧化鉀溶液的礦化作用，促進(jìn)釩酸銦納米顆粒的快速結(jié)晶，減小產(chǎn)物的顆粒尺寸，井能在一定程度上降低產(chǎn)物的焙燒溫度，增大釩酸銦納米顆粒的比表面積，得到具有較高光催化活性的釩酸銦功能材料，可進(jìn)ー步拓寬釩酸銦納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
圖I是釩酸銦納米顆粒的透射電鏡圖2是釩酸銦納米顆粒的紫外漫反射分析圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例g在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)ー步限定。實(shí)施例I
將硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨配置成濃度分別為0. 5mol/L、l. Omol/L 和0. 01mol/L的溶液，攪拌條件下按銦釩摩爾比I: I混合然后按銦釩十六烷基三甲基溴化銨摩爾比為1:1:0. 02的比例加入十六烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)攪拌IOh ;用5mol/L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)PH值至8，繼續(xù)攪拌0. 5h得到釩酸銦溶膠；將釩酸銦溶膠過濾并用蒸餾水洗滌3次，在60°C干燥12h，得到固體粉末；將Ig固體粉末與25g IOmoI/L的氫氧化鉀溶液混合，置于密閉的反應(yīng)釜中，于150°C條件下水熱處理24h，得到釩酸銦前驅(qū)體(水熱處理是指利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法)。用蒸餾水超聲洗滌釩酸銦前驅(qū)體至洗液PH值為7，60°C干燥12h，最后在馬弗爐中450°C條件下焙燒2h得到釩酸銦納米顆粒。實(shí)施例2
將硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨配置成濃度分別為0. 8mol/L、l. 5mol/L 和0. 03mol/L的溶液，攪拌條件下按銦釩摩爾比1:1. 5混合然后按銦釩十六烷基三甲基溴化銨摩爾比為I: I. 5:0. 03的比例加入十六烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)攪拌Ilh ;用6mol/ L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)PH值至8，繼續(xù)攪拌0. Sh得到釩酸銦溶膠；將釩酸銦溶膠過濾并用蒸餾水洗滌4次，在80°C干燥8h，得到固體粉末；將Ig固體粉末與35g llmol/L的氫氧化鉀溶液混合，置于密閉的反應(yīng)釜中，于160°C條件下水熱處理12h，得到釩酸銦前驅(qū)體(水熱處理是指利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法)。用蒸餾水超聲洗滌釩酸銦前驅(qū)體至洗液PH值為7，80°C干燥8h，最后在馬弗爐中500°C條件下焙燒I. 5h得到釩酸銦納米顆粒。實(shí)施例3
將硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨配置成濃度分別為I. 0mol/L、2. Omol/L 和0. 05mol/L的溶液，攪拌條件下按銦釩摩爾比1:2混合然后按銦銀十六烷基三甲基溴化銨摩爾比為1:2:0. 05的比例加入十六烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)攪拌12h ;用7mol/L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)PH值至8，繼續(xù)攪拌Ih得到釩酸銦溶膠；將釩酸銦溶膠過濾并用蒸餾水洗滌5次，在100°C干燥4h，得到固體粉末；將Ig固體粉末與50g 12mol/L的氫氧化鉀溶液混合，置于密閉的反應(yīng)釜中，于180°C條件下水熱處理8h，得到釩酸銦前驅(qū)體(水熱處理是指利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法)。用蒸餾水超聲洗滌釩酸銦前驅(qū)體至洗液PH值為7，100°C干燥4h，最后在馬弗爐中550°C條件下焙燒Ih得到釩酸銦納米顆粒。
權(quán)利要求
1.一種制備釩酸銦納米顆粒的方法，其特征包括以下步驟(1)將硝酸銦和偏釩酸銨配成溶液后混合，攪拌條件下加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨并繼續(xù)攪拌l(Tl2h，用5 7mol/L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，攪拌0.5 lh得到釩酸銦溶膠；將釩酸銦溶膠過濾并用蒸餾水洗滌:T5次，經(jīng)60 100°C干燥4 12h后得到固體粉末；(2)將固體粉末與氫氧化鉀溶液混合后置于反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱處理，得到釩酸銦前驅(qū)體，將釩酸銦前驅(qū)體用蒸餾水洗滌至洗液的PH值為7 ;(3)將洗滌后的釩酸銦前驅(qū)體經(jīng)60 100°C干燥4 12h，并置于馬弗爐中焙燒，自然冷卻至室溫，得到釩酸銦納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制備釩酸銦納米顆粒的方法，其特征在于步驟(I) 中的硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨溶液的配置濃度分別為0. 5^1. Omol/L、1.0 2. Omol/L 和 0. 01 0. 05mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制備釩酸銦納米顆粒的方法，其特征在于步驟⑴中的硝酸銦偏釩酸銨十六烷基三甲基溴化銨摩爾比為I:(廣2) : (0. 02、. 05)，調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為8。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制備釩酸銦納米顆粒的方法，其特征在于步驟(2)中的氫氧化鉀溶液濃度為l(Tl2mol/L，釩酸銦前驅(qū)體與氫氧化鉀溶液的質(zhì)量比為 I: (25 50)，水熱處理?xiàng)l件為水熱處理溫度15(Tl80°C，水熱處理時(shí)間8 24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種制備釩酸銦納米顆粒的方法，其特征在于步驟⑶中的焙燒條件為焙燒溫度45(T550°C，焙燒時(shí)間I 2h。
全文摘要
一種制備釩酸銦納米顆粒的方法，先將硝酸銦、偏釩酸銨和十六烷基三甲基溴化銨溶解在水中，銦釩摩爾比1:(1~2)混合，然后按銦釩十六烷基三甲基溴化銨摩爾比1:(1~2):(0.02~0.05)加入十六烷基三甲基溴化銨，攪拌10~12h，用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值8，將生成的沉淀過濾、洗滌、干燥，得固體粉末；將固體粉末與10mol/L的氫氧化鉀溶液按質(zhì)量比1:(25~50)的比例混合后置于反應(yīng)釜中150~180oC水熱處理8~24h，得到釩酸銦前驅(qū)體，將釩酸銦前驅(qū)體經(jīng)干燥后置于馬弗爐中450~550oC焙燒1~2h，自然冷卻后即可得到釩酸銦納米顆粒。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，合成溫度相對(duì)較低，產(chǎn)品的形貌可控，具有較高的光催化活性，進(jìn)一步拓寬了釩酸銦納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01G31/00GK102602997SQ20121005069
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者張世英, 張向超, 游洋, 許第發(fā) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙學(xué)院