[发明专利]一种提高钶铁矿相多元氧化物材料晶化程度的方法及材料应用

说明书

本发明公开了一种提高钶铁矿氧化物材料晶化程度的方法及其应用，属于无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。该方法通过对钶铁矿相多元氧化物湿化学制备的反应前驱体进行预处理从而达到调控产物晶化程度的效果。该方法解决了常规湿化学制备多元氧化物时，氧化物的结晶程度难以调整的缺陷，经预处理工艺优化的湿化学制备方法可以显著地提高钶铁矿相多元氧化物材料的光催化活性。该方法还可以应用于类似钶铁矿相的多元氧化物材料的晶体结构调控。

技术领域

本发明涉及无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域，具体涉及一种提高钶铁矿相多元氧化物材料晶化程度的方法及材料应用，该方法可以用于提高钶铁矿相多元氧化物材料的光催化净化活性。

背景技术

光催化技术因在太阳能利用和环境修复领域有着广阔的应用前景而受到了科技工作者的广泛关注。从光催化反应的基本过程出发，可以把光催化过程分为三大步骤，即光能吸收、光生电子空穴对分离和表面反应。光生电子与空穴的分离效率直接影响材料光催化的活性。

为了减小多元氧化物材料的晶粒尺寸，常用的方法是采用表面活性剂或者其他模板剂来引导晶粒的成核和长大，但表面活性剂的使用往往会降低最终氧化物材料的纯度，同时如果材料体系中存在着两种金属离子，在制备过程中表面活性剂的选择也容易受到限制，必须同时对两种离子均有类似键合能力，如果键合能力差别过大，往往会影响最终产物的化学计量比，从而得不到纯相的多元氧化物。

本发明中设计的钶铁矿结构氧化物具有层状的晶体结构，由多种金属离子构成，从常规的采用表面活性剂或者模板剂的技术手段往往难以调控该类材料的结晶程度以及晶粒大小。因此，本发明通过氧化物结晶生长的基本特点出发，通过控制前驱体溶液的反应状态以及反应路径，控制其结晶行为，对于多元氧化物，特别是层状的多元氧化物(如钶铁矿相氧化物)具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高钶铁矿相多元氧化物材料晶化程度的方法及材料应用，属于无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。该方法通过对钶铁矿相多元氧化物湿化学制备的反应前驱体进行预处理从而达到调控产物晶化程度的效果。该方法解决了常规湿化学制备多元氧化物时，氧化物的结晶程度难以调整的缺陷，经预处理工艺优化的湿化学制备方法可以显著地提高钶铁矿相多元氧化物材料的光催化活性。该方法还可以应用于类似钶铁矿相的多元氧化物材料的晶体结构调控。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明通过采用湿化学合成工艺制备钶铁矿相的多元氧化物材料，在不改变相组成与成分的前提下实现钶铁矿结构氧化物材料结晶度的提高；所述湿化学合成工艺具体包括如下步骤：

(1)配置反应前驱体：首先，分别配制碱液和含金属离子的溶液，碱液中氢氧根的浓度为0.02-0.4mol/L，多元金属离子混合溶液中金属离子的总浓度为0.02-0.4mol/L；将碱液在搅拌条件下滴加到多元金属离子混合溶液中，充分搅拌后得到反应前驱体，碱液与多元金属离子混合溶液体积比为1:3。

(2)晶化反应：将步骤(1)中所得反应前驱体在-20℃～0℃进行低温预处理5-18h后再在140-230℃条件下保温10-30h，得到悬浮液；

(3)洗涤与烘干：将步骤(2)中得到的悬浮液进行离心分离，分离所得粉末用二次去离子水和无水乙醇交替洗涤5-8次，再将洗涤后的粉末在40-120℃条件下干燥8-24h，即获得所述钶铁矿相多元氧化物材料。

(4)步骤(1)中，所述碱液指的是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水以及铵盐配制而成的溶液，该溶液溶剂可以是醇类、水以及醇类与水的混合体系，控制碱液与多元金属离子混合溶液体积比为1:3，所述醇类为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和叔丁醇中的一种或几种。

本发明设计机理如下：