特定形貌的鈮酸鈉光催化材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種特定形貌的鈮酸鈉光催化材料及其制 備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在這科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展、社會文明高速進(jìn)步、生活水平急速提升的二十一世紀(jì)，人 類社會面臨著兩個(gè)非常嚴(yán)峻的問題一一能源短缺和環(huán)境污染。光催化技術(shù)是利用太陽能在 光催化劑存在的條件下所進(jìn)行的反應(yīng)。該技術(shù)可分解水制備氫氣，也能降解有機(jī)污染物來 凈化環(huán)境，在解決兩大危機(jī)中具有廣闊的應(yīng)用前景，也顯示出了極大的優(yōu)越性，因此受到了 廣泛的關(guān)注。光催化材料是指通過該材料、在光的作用下發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)所需的催化劑， 世界上能作為光催化材料的有很多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等多 種氧化物硫化物半導(dǎo)體。
[0003] 鈮酸鈉（NaNbO3)是一種新型的半導(dǎo)體光催化材料。光催化反應(yīng)發(fā)生在催化劑表 面，其表面形貌嚴(yán)重影響其反應(yīng)速率。前人報(bào)道表明，NaNbO 3B貌對其光催化性能有較大的 影響，而且提高NaNbO3的比表面積，能夠增加光催化反應(yīng)活性位置。現(xiàn)有技術(shù)主要是合成粉 體狀、盤狀、長方體等形貌的鈮酸鈉光催化材料，如申請?zhí)枮?01310317434. X的專利公開 了一種絮狀納米級鈮酸鈉復(fù)合光催化材料，該絮狀納米級鈮酸鈉復(fù)合光催化材料是用過量 的似20) 3與Bi 2.5Na3.5Nb50 ls進(jìn)行高溫拓?fù)浞磻?yīng)，形成的一種絮狀納米級鈮酸鈉，最后與尿素 復(fù)合既得到絮狀納米級鈮酸鈉復(fù)合光催化材料。但是，粉體狀的光催化材料不利于光催化 材料的回收再利用，而薄膜狀的光催化材料可以回收進(jìn)行重復(fù)使用，大大地降低了光催化 材料的制備成本，因此，受到了廣泛的關(guān)注。光催化反應(yīng)主要發(fā)生在催化劑的角和邊緣處， 因此，增加光催化劑表面的角和邊緣有助于提高催化性能。本申請通過不同的制備手段來 制備出具有不同表面形貌的鈮酸鈉材料，增加催化劑表面邊和角，增加光催化反應(yīng)的位置， 以期提高光催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種特定形貌的鈮酸鈉光催化材料；本發(fā)明的另一目的在 于提供一種特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法及該特定形貌的鈮酸鈉光催化材料 在環(huán)境凈化中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種特定形貌的鈮酸鈉光催化材料，所述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的形貌為三棱 柱、三棱錐和異形長方體中的至少一種。
[0006] 根據(jù)上述的特定形貌的銀酸鈉光催化材料，所述三棱柱的高為3-30 μ m，其底面邊 長為1-10 μ m ;所述三棱錐的棱長為0. 2-3 μ m ;所述異形長方體為長方體削掉其八個(gè)角中 任意一個(gè)角后的形狀，所述異形長方體的邊長為1-6 μ m。
[0007] 上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法之一，包括以下步驟： (1) 按照摩爾比Na:Nb= (0. 7~I. 2) :1稱取無水Na2COjP Nb A粉末，混合后研磨均 勻，然后加熱升溫至650-850°C，保溫3-8h，得到混合物； (2) 將混合物研磨均勻，放置于氧化鋁方舟中，然后將單晶襯底材料掩埋在混合物中， 加熱升溫至900-1KKTC，保溫3-8h ; (3) 冷卻至室溫后，將單晶襯底材料取出，用乙醇清洗，既得到生長在單晶襯底材料上 的特定形貌的銀酸鈉光催化材料。
[0008] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述步驟（1)中，加熱升溫過 程的升溫速率為4-10°C /min ;所述步驟（2)中，加熱升溫過程的升溫速率為2-8°C /min。
[0009] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述單晶襯底材料為鋁酸鑭 單晶襯底。
[0010] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述鋁酸鑭單晶襯底的大小 為IcmX Icm ;所述錯酸銅單晶襯底的暴露晶面為（110)或（111)，當(dāng)錯酸銅單晶襯底的暴露 晶面為（110)時(shí)，形成三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料；當(dāng)鋁酸鑭單晶襯底的暴露晶面為 (111)時(shí)，形成具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催化材料。
[0011] 上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法之二，包括以下步驟： (1) 將1-3克Nb2O5粉末加入到濃度為8-20mol/L的NaOH溶液中，攪拌混合均勻，得到 混合溶液； (2) 將混合溶液放置于反應(yīng)釜中，然后將單晶襯底材料浸沒在混合溶液中，密封反應(yīng) 釜，加熱升溫至100-200°C，保溫3-8h ;冷卻至室溫后，將單晶襯底材料取出，用乙醇清洗， 既得到生長在單晶襯底材料上的特定形貌的鈮酸鈉光催化材料。
[0012] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述步驟（2)中，加熱升溫過 程的升溫速率為2-8°C /min。
[0013] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述單晶襯底材料為鋁酸鑭 單晶襯底。
[0014] 根據(jù)上述特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法，所述鋁酸鑭單晶襯底的大小 為IcmX Icm ;所述錯酸銅單晶襯底的暴露晶面為（110)或（111)，當(dāng)錯酸銅單晶襯底的暴露 晶面為（110)時(shí)，形成三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料；當(dāng)鋁酸鑭單晶襯底的暴露晶面為 (111)時(shí)，形成具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催化材料。
[0015] 上述特定形貌鈮酸鈉光催化材料在環(huán)境凈化中的應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明的積極有益效果： (1)本發(fā)明首次制備出三棱柱、三棱錐和異形長方體形貌的鈮酸鈉光催化材料，三棱 柱、三棱錐和異形長方體形貌增加鈮酸鈉光催化材料表面的邊和角，增加光催化反應(yīng)的位 置，提高了鈮酸鈉的光催化性能；而且該特定形貌的鈮酸鈉光催化材料在降解有機(jī)污染物 羅丹明B方面具有良好的光催化性能，可以廣泛應(yīng)用于環(huán)境凈化。
[0017] (2)本發(fā)明特定形貌鈮酸鈉光催化材料的制備方法步驟簡單、易操作，而且產(chǎn)品制 備成本低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018] (3)在相同條件下研究了在不同形貌的鈮酸鈉光催化材料降解羅丹明B的光催化 性能，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，由表1可知，本發(fā)明具有三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料降解羅 丹明B的反應(yīng)速率常數(shù)是盤狀形貌鈮酸鈉的3. 0-4. 8倍和長方體形貌鈮酸鈉的1. 6-2. 7 倍；本發(fā)明具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催化材料降解羅丹明B的反應(yīng)速 率常數(shù)是盤狀鈮酸鈉的3. 8-5. 9倍，是長方體狀鈮酸鈉的2. 1-3. 3倍。因此，與盤狀、長方 體狀形貌的鈮酸鈉光催化材料相比，本發(fā)明制備得到的特定形貌的鈮酸鈉光催化材料其催 化速率高，光催化能力強(qiáng)，具有良好的光催化性能。
[0019] 表1不同形貌的鈮酸鈉光催化材料降解羅丹明B的光催化性能比較

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料的SEM照片。
[0021] 圖2為本發(fā)明三棱錐形貌的鈮酸鈉光催化材料的SEM照片。
[0022] 圖3為本發(fā)明異形長方體形貌的鈮酸鈉光催化材料的SEM照片。
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的具有三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料XRD譜圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的具有三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料的SEM照片。
[0025] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例8制備的具有三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料XRD譜圖。
[0026] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例8制備的具有三棱柱形貌的鈮酸鈉光催化材料的SEM照片。
[0027] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例2和實(shí)施例8制備的鈮酸鈉光催化材料在氙燈照射下降解有 機(jī)污染物羅丹明B效果圖。
[0028] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例16制備的具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催 化材料XRD譜圖。
[0029] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例16制備的具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催 化材料的SEM照片。
[0030] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例22制備的具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催 化材料XRD譜圖。
[0031] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例22制備的具有三棱錐與異形長方體兩種形貌的鈮酸鈉光催 化材料的SEM照片。
[0032] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例16和實(shí)施例22制備的具有三棱錐與異形長方體兩種形貌 的鈮酸鈉光催化材料在氙燈照射下降解有機(jī)污染物羅丹明B效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步陳述，但并非是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限 定，實(shí)施例中所涉及的工藝方法，如無特別說明則為常規(guī)方法或步驟，所用藥品試劑除特別 說明外，均為市售。
[0034] 實(shí)施例1 : 一種特定形貌的鈮酸鈉光催化材料，其形貌為三棱柱；所述三棱柱的高為3-30 μ m，其 底面邊長為1-10 μ m。
[0035] 實(shí)施例2 : 上述實(shí)施例1所述的特定形貌的鈮酸鈉光催化材料的制備方法之一，包括以下步驟： (1) 按照摩爾比Na: Nb=I: 1稱取無水Na2COjP Nb 205粉末，混合后研磨均勻，然后以5°C / min的升溫速率加熱升溫至70(TC，保溫5h，得到混合物； (2) 將混合物研磨均勻，放置于氧化鋁方舟中，然后將暴露晶面為（110)的鋁酸鑭單晶 襯底掩埋在混合物中，以4°C /min的升溫速率加熱升溫