[发明专利]一种纯相的铌的低价态氧化物纳米粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种纯相的铌的低价态氧化物纳米粉体及其制备方法和应用，所述铌的低价态氧化物纳米粉体为纯相，其组分为NbO、NbO₂、Nb₁₂O₂₉和黑色Nb₂O₅中的一种，所述黑色Nb₂O₅的化学组成为Nb₂O_5‑x，其中0＜x＜0.15；所述铌的低价态氧化物纳米粉体的粒径≤200 nm。

技术领域

本发明涉及一种铌的低价态氧化物纳米粉及其纯相可控制备的方法和应用，属于氧化物材料纳米粉体的领域。

背景技术

NbO、NbO₂、Nb₁₂O₂₉以及黑色Nb₂O₅(可表示为Nb₂O_5-x，其中0＜x＜0.15)都属于铌的低价态氧化物。NbO是一种超导转变温度为1.4K的超导材料。此外，NbO对CH₄和CO以及CO₂具有催化活性。NbO₂是另一种铌的低价态氧化物，具有许多有趣的物性，例如800℃下存在莫特转变，具有-100到-200μVK^-1的塞贝克系数，其在热电体以及忆阻体上均有应用。Nb₁₂O₂₉是一种深蓝色的电极材料，由[NbO₆]八面体通过共点连接形成一个3×4的结构单元，这个结构单元边缘的[NbO₆]八面体与其他结构单元边缘的[NbO₆]八面体共棱连接从而构成Nb₁₂O₂₉，这种结构框架赋予了Nb₁₂O₂₉优良的导电性以及奇特的反铁磁性。另外，Nb₁₂O₂₉结构的空旷可以使其在插锂后有着较高的锂离子扩散系数，可用在锂离子电池电极材料上。黑色Nb₂O₅(可表示为Nb₂O_5-x，其中0＜x＜0.15)，其载流子浓度相比本征五氧化二铌有所提高，颜色的加深表明了在可见光的吸光度增加，氧缺陷的增加提升了其在光电方面的性能。

铌的低价态氧化物可以通过在惰性气氛下加热五氧化二铌和铌粉反应得到，也可以通过高温下使用还原剂(例如，氢气)还原五氧化二铌得到，其一般在1300℃以上的高温下用氢气还原五氧化二铌制备Nb₁₂O₂₉。但这些制备方法都涉及高温反应(高于950℃)，存在生产设备能耗高、工艺条件复杂等缺点，并且由于氢气的使用人为地增加了不安全因素，这些都限制了上述已存在的方法在实际大规模生产中的应用。此外，高温反应条件剧烈，生成的铌的低价态氧化物颗粒尺寸过大(微米级)，这限制了铌的低价态氧化物在实际生活中的应用前景。

另外，在制备过程中，铌的低价态氧化物纳米粉体纯相的合成极易受到反应条件(例如，反应物的组分、前驱物的混合是否均匀、粒径大小、升温制度等)的影响，难以合成纯相的纳米粉体。因此，实际制约铌的低价态氧化物在实际生活中应用的一个主要问题就是如何低成本制备铌的低价态氧化物纳米粉体纯相。

目前尚没有关于低温条件下低成本可控制备铌的低价态氧化物纳米粉体纯相的方法报道以及相关专利申请。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纯相的铌的低价态氧化物纳米粉体及其可在低温条件下低成本可控制备的方法。