[发明专利]光学特性可调的铌酸锡材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光学特性可调的铌酸锡材料及其制备方法和应用，属于无机非金属材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。具体为采用低熔点的金属辅助固相合成，避免了传统固相合成制备获得的铌酸锡材料晶粒过于粗大且光学性质难以调控的缺陷，制备获得的铌酸锡材料颗粒尺寸小于1微米，具有光学特性可调的特点，能够吸收可见光波段的太阳光，可用作一种半导体材料应用于光催化领域。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域，具体涉及一种光学特性可调的铌酸锡材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化进程的不断发展，在生产中以各种方式导致的水污染问题已经成为了一个不可忽视的重要问题，在影响环境的同时也威胁着人类的身体健康，其中的污染源也从早期的染料、农药、重金属等逐渐变得越发多元。然而传统的污水处理方式面对着愈发多元的污染物存在着效率较低且容易产生二次污染的问题，亟需开发一种通用、高效的新型水污染处理方法。

自1972年首次发现TiO₂光催化剂以来，光催化的污染处理方法以其选择性低、效率高等优点受到了广泛的关注。光催化的污水处理借由光催化剂在光照下激发产生的羟基自由基与超氧自由基等活性基团，可以将有机、无机等绝大多数污染物完全降解为无害物且不会产生二次污染。由于光催化反应的效果完全依赖于其所用的光催化剂，拥有合适的能带结构与晶体结构的光催化材料的设计合成对光催化技术的发展具有十分重要的促进作用。

铌酸锡由于其合适的禁带宽度以及独特的层状结构在光催化技术领域有着良好的应用潜力，但是，如何高效地合成具有层状晶体结构的铌酸锡材料仍然是科研工作者急需解决的问题。常见的铌酸锡制备方法包括固相烧结法和水热法。简单的固相烧结法常采用两种氧化物粉进行烧结，制备过程中所需温度过高且获得的材料晶粒尺寸过大，得不到良好的光催化效果；水热法对原料要求高，常采用昂贵的铌盐或者是需要强酸对铌氧化物进行溶解，获得的铌酸锡材料往往结晶度不够且伴随有杂相。这些都严重限制了铌酸锡在光催化技术领域的实际应用，故需要对现有制备方法进行创新，在温和的条件下获得具有较小晶粒尺寸、光学特性可调且相结构具有层状晶体结构的铌酸锡材料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种光学特性可调的铌酸锡材料及其制备方法和应用，具体为采用低熔点的金属辅助固相合成，避免了传统固相合成制备获得的铌酸锡材料晶粒过于粗大且光学性质难以调控的缺陷，制备获得的铌酸锡材料颗粒尺寸小于1微米，具有光学特性可调的特点，能够吸收可见光波段的太阳光，可用作一种半导体材料应用于光催化领域。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种光学特性可调的铌酸锡材料，其特征在于：该材料为铌酸锡多元氧化物材料，禁带宽度为2.1-2.7eV，具有可调的光学特性，能够吸收太阳光谱中紫外与可见光波段的光能。

该材料主要的相组成为层状锡石相的铌酸锡，以原子比计的化学组成表达式为Sn_xNb_yO_z，X＝0.2-2.2，Y＝1-3，Z＝6-7。

所述铌酸锡材料颗粒尺寸小于1微米。

所述铌酸锡材料采用复合制片结合惰性煅烧的工艺制备而成，其制备方法具体包括如下步骤：

(1)复合制片：将锡粉与铌氧化物粉末按一定比例混合均匀并压制成原料片；

(2)惰性煅烧：将原料片置于惰性环境中进行煅烧，温度为500～900℃，保温时间为1～6h；

(3)将步骤(2)所得的产物研磨成粉末，将金属成分与黄色粉末分离，所得的黄色粉末即所需铌酸锡材料。

进一步地，步骤(1)中，锡粉与铌氧化物粉末的质量比为1:1-10:1，铌氧化物可为一氧化铌、二氧化铌、三氧化二铌、五氧化二铌和水合氧化铌中的一种或几种。