一种铌酸镉纳米材料及其制备方法与应用

1.本发明具体涉及一种铌酸镉纳米材料及其制备方法与应用，属于纳米材料 制备技术领域。


背景技术：

2.几十年来，含铌化合物的催化应用方面的研究和开发一直非常活跃，虽然 在元素周期表中，nb与其邻近元素(v、zr、mo)在电负性和离子半径等相差 不大，但铌化合物的催化行为与其周围元素的化合物非常不同，表现为在催化 反应系统里，铌的化合物表现出较强的促进剂和载体的特性，添加少量氧化铌 到催化剂里，即可显著提高催化活性和催化剂的寿命。此外，对于金属或者金 属氧化物催化剂，作为载体的氧化铌表现出明显的作用。承载其它氧化物的含 有铌和氧化铌的混合氧化物也有上述作用。因此，含铌化合物在很多领域有广 泛地应用。
3.铌酸盐具有独特的晶体结构及物理化学性质，应用于降解有机染料、光催 化产氢等领域表现出热稳定性好、光催化活性高的优点。其中，铌酸镉作为半 导体材料中的一种，因其优良的结构和独特的性能而备受关注，常代替传统的 含铅等重金属材料被用作压电材料、铁电材料和微波介电陶瓷等方面。铌酸镉 有着独特的能带结构，使其在催化领域也有着广泛的应用和巨大的发展潜力。 申请号为cn201810274932.3的中国专利公开了“一种铌酸镉/硫化镉复合光催化 剂及其制备方法”，其中具体记载了将镉源、铌源与有机溶剂混合后经常压烘 干，挥发去掉溶剂形成粉末，然后通过高温处理得到铌酸镉/硫化镉复合光催化 剂的前驱体，再将所得前驱体于含硫离子的无机盐水溶液中混合搅拌，制得铌 酸镉/硫化镉复合光催化剂。现有技术中，由于铌酸镉材料较宽的禁带宽度和较 为苛刻的合成条件，在一定程度上限制其在光催化及超声催化领域中的应用。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种铌酸镉纳米材料及其制 备方法与应用，制得的铌酸镉纳米材料展现出高度的结晶性，同时具有良好的 产氢性能。
5.本发明的技术方案如下：
6.本发明的目的之一在于提供一种铌酸镉纳米材料的制备方法，通过氯化镉 和五氧化二铌分别提供镉源和铌源，氢氟酸作为溶剂，通过水热反应合成铌酸 镉纳米材料。
7.进一步的，所述铌酸镉纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
8.(2)将五氧化二铌溶解在氢氟酸溶液中，将反应混合液移入反应釜中搅 拌，并置于烘箱中反应；
9.(3)反应完成后的样品溶于氨水中，静置沉淀，将静置后的上清液倒掉， 洗涤沉淀物，得到白色沉淀物；
10.(4)用蒸馏水将白色沉淀分散到反应釜中，加入氯化镉和氢氧化钠，搅拌， 并置于烘箱中反应；
11.(5)反应完成后，将所得样品用水洗涤，烘干，得到铌酸镉纳米材料。
12.进一步的，所述步骤(1)中烘箱内反应温度为100-160℃，在烘箱中反应 时间为2-10h。
13.进一步的，所述步骤(3)中烘箱内反应温度为200℃，在烘箱中反应时间 为24-72h。
14.本发明的目的之二在于提供一种根据上述方法制得的铌酸镉纳米材料，所 述铌酸镉纳米材料为八面体结构。
15.本发明的目的之三在于提供一种铌酸镉纳米材料在超声产氢中的应用。
16.进一步，将铌酸镉纳米材料用于超声产氢，包括如下步骤：将通过水热反 应制得的铌酸镉样品加入到反应器中，在反应器中加入甲醇和水，持续通入氩 气并进行充分搅拌，在超声的条件下持续反应产氢。
17.相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
18.1、本发明中采用温和而简便的水热法来合成铌酸镉纳米材料，制得的铌酸 镉纳米材料具有特殊的八面体形貌，且整体水热工艺简单，重现性好，适合铌 酸镉纳米材料的大规模生产。
19.2、本发明将制得的铌酸镉纳米材料用于超声产氢中，铌酸镉纳米材料作为 催化剂，在超声的条件下，能够持续反应产氢，3h内产氢量高达78μmol。
附图说明
20.图1为本发明制得的铌酸镉纳米材料的x射线衍射谱图；
21.图2为本发明制得的铌酸镉纳米材料的扫描电镜图；
22.图3为本发明制得的铌酸镉纳米材料的产氢性能图。
具体实施方式
23.下面结合附图和较佳实施例对本发明做进一步的说明，给出的实施例仅为 了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
24.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；
25.以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
26.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；
27.实施例1
28.一种铌酸镉纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
29.(1)将1g的五氧化二铌溶解在12ml的氢氟酸溶液中，将反应混合液移 入50ml反应釜中搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为120℃，反应时间为6 h；
30.(2)反应完成后的样品溶于氨水中，静置4h沉淀，将静置后的上清液倒 掉，洗涤沉淀物多次，得到白色沉淀物；
31.(3)用80ml蒸馏水将白色沉淀分散到反应釜中，加入1.38g氯化镉和1.1 g氢氧化钠，搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为200℃，反应时间为24h；
32.(4)反应完成后，将所得样品用水洗涤，烘干，得到铌酸镉纳米材料。
33.实施例2
34.一种铌酸镉纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
35.(1)将1g五氧化二铌溶解在12ml氢氟酸溶液中，将反应混合液移入50 ml反应釜中搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为100℃，反应时间为2h；
36.(2)反应完成后的样品溶于氨水中，静置4h沉淀，将静置后的上清液倒 掉，洗涤沉淀物多次，得到白色沉淀物；
37.(3)用80ml蒸馏水将白色沉淀分散到反应釜中，加入1.38g氯化镉和1.1 g氢氧化钠，搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为200℃，反应时间为48h；
38.(4)反应完成后，将所得样品用水洗涤，烘干，得到铌酸镉纳米材料。
39.实施例3
40.一种铌酸镉纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
41.(1)将1g五氧化二铌溶解在12ml氢氟酸溶液中，将反应混合液移入50 ml反应釜中搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为160℃，反应时间为10h；
42.(2)反应完成后的样品溶于氨水中，静置4h沉淀，将静置后的上清液倒 掉，洗涤沉淀物多次，得到白色沉淀物；
43.(3)用80ml蒸馏水将白色沉淀分散到反应釜中，加入1.38g氯化镉和1.1 g氢氧化钠，搅拌，并置于烘箱中反应，反应温度为200℃，反应时间为72h；
44.(4)反应完成后，将所得样品用水洗涤，烘干，得到铌酸镉纳米材料。
45.实施例4
46.根据上述实施例1至3制得的铌酸镉纳米材料进行x射线衍射扫描电镜测 试，从图1中可以看出随着水热时间的增加，材料的结晶度更高，纯度更纯； 72小时水热时间的铌酸镉纳米材料衍射峰都可归属于立方相的铌酸镉(jcpd卡 号：34-0404)；另外，从其衍射图中，没有发现杂峰。这说明用本发明的方法制 备的水热72小时的铌酸镉为纯相；
47.从图2中可以看出铌酸镉纳米材料的形貌结构，图2(a)中为实施例1制得的 铌酸镉纳米材料的扫描电镜图，从图中可以看出铌酸镉纳米材料为颗粒形貌结 构；图2(b)是实施例2制得的铌酸镉纳米材料的扫描电镜图，从图中可以看出， 延长水热时间对于铌酸镉样品的形貌有明显的影响，在图2(b)中铌酸镉纳米材料 开始出现八面体的形貌；图2(c)是实施例3制得的铌酸镉纳米材料的扫描电镜 图，从图中可以看出，制得的铌酸镉纳米材料具有明显的八面体形貌；
48.实施例5
49.将根据上述实施例制得的铌酸镉纳米材料用于超声产氢，包括如下步骤： 称量5mg通过水热反应制得的铌酸镉样品加入到反应器中，在反应器中加入1 ml甲醇和9ml水，持续通入10min的氩气并进行充分搅拌，在超声的条件下 持续反应产氢，用取样针取100μl的反应气注射到气相色谱仪中进行产氢测试； 从图3中可以看出72h水热合成的铌酸镉纳米材料的产氢性能，本发明制备的 铌酸镉纳米材料具有良好的产氢性能，能够持续反应产氢，3h内产氢量高达78 μmol。
50.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其 他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。