[发明专利]一种有序自组装中空InVO4

说明书

本发明公开一种有序自组装中空InVO₄介晶超结构的制备方法，包括以下步骤：(1)将1.0mmol硝酸铟加入20mL 2M硝酸溶液中，磁力搅拌5min后完全溶解得到A溶液；(2)将1.0mmol偏钒酸铵加入20mL 2M氢氧化钠溶液中，超声5min后完全溶解得到B溶液；(3)A溶液在磁力搅拌的条件下，将B溶液逐滴滴入A溶液中，然后快速加入0.3mmol的柠檬酸钠，充分搅拌30min,用2M氢氧化钠或硝酸调节pH至4～5，最后将此浑浊液转移至内容积为50ml水热高压反应釜中；(4)放入电烘箱中，180℃持续加热4～6小时，自然冷却至室温。产物用去离子水和乙醇洗涤和离心，在冷冻干燥机中干燥。由此得到了有序自组装中空的InVO₄介晶超结构，将其应用于光催化固氮取得了良好的效果。

技术领域

本发明涉及一种有序自组装中空InVO₄介晶的制备方法以及应用于光催化氮固定，属于新材料技术领域。

背景技术

地球大气中78％的气体是氮气，将氮气转化成氨气在工业应用中有着重要意义。目前，工业合成氨技术主要使用哈柏法(Haber–Bosch)，然而该反应需要在高温高压下进行(250大气压、400摄氏度)，且需要大量的能耗，过程中释放出的二氧化碳气体占全球总量的3％，对环境和能源造成了巨大的影响。太阳能是最洁净而又取之不尽的自然能源。光催化固氮能够将太阳能直接转化成化学能，其是利用自然界中丰富的氮气和水借助光催化剂在太阳光照下还原成氨气，从而获得了能源和环境的双赢，是实现生态文明、可持续发展的理想途径。

氮分子具有较高的化学稳定性，开发新型高效的光催化剂用于固氮合成氨是该领域的重要课题。影响光催化活性的因素有很多，比如催化剂的尺寸、维度、暴露面以及特殊结构等，其中自组装介晶是一类新型的超结构，具有潜在优异的光学、电子和磁性能，得益于构建模块之间的电荷传输，可广泛应用于催化、传感、能量转换、光电子学和生物标记等。

在光催化领域，已经合成了越来越多的二元金属氧化物介晶，其通常表现出普通的球形、板状或棒状形态。然而，由于增加了对有序生长的动力学控制的难度，因此合成高度有序的自组装介晶化合物(例如具有多态性的三元半导体)非常复杂困难，而且目前只有少数的研究集中于这种特殊结构和性能之间的关系。没有直接和可靠的证据表明，有序的自组装介晶是否可以促进集体性质的产生，如激子离域或相邻的纳米晶耦合，以获得有效的电荷转移和增强电导率。因此，通过简单的方法合成高度有序自组装介晶超结构，并研究这种特殊结构和光催化性能之间的关系显得更加有意义。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种有序自组装中空结构的InVO₄介晶的制备方法，该方法采用简便的水热法，在比较温和的条件下合成出高度有序中空的InVO₄介晶超结构；本发明的另一目的是研究高度有序的自组装结构和性能之间的关系。即有序自组装中空结构的InVO₄介晶用于光催化固氮。

本发明技术方案是：一种有序自组装中空结构的InVO₄介晶的制备方法，包括以下步骤：(1)将硝酸铟加入浓度为2±0.1M的硝酸溶液中，将其磁力搅拌后完全溶解得到 A溶液；(2)将偏钒酸铵加入浓度为2±0.1M的氢氧化钠溶液中，将其超声后完全溶解得到B溶液；(3)在磁力搅拌的条件下，将B溶液逐滴滴入A溶液中，并迅速加入少量的柠檬酸钠(0.3mmol)，继续搅拌10min以上；用1-3M氢氧化钠或硝酸调节pH至 4～5，然后将此混合溶液转移至50ml水热高压反应釜中；(4)180±15℃持续水热反应 4～6小时，自然冷却至室温，产物经洗涤和离心后冷冻干燥。由此得到有序自组装中空的InVO₄介晶超结构；硝酸铟、偏钒酸铵的摩尔质量比为1:1。

用65％～68％wt的浓硝酸溶液和二次去离子水配置成浓度为2M的硝酸溶液，用分析纯的氢氧化钠固体和二次去离子水配置成浓度为2M的氢氧化钠溶液。