一种棒状结构K2Nb8O21晶体及其制备方法与流程

本发明涉及光学材料制备领域，尤其涉及一种棒状结构k2nb8o21晶体及其制备方法。

背景技术：

k2nb8o21具有优良的光催化性、介电性能及非线性光学性能，是催化剂、非线性光学器件最有前途的材料之一。棒状、管状和带状等一维晶体由于其微结构、尺寸而具有优良的性能，因而一维材料的制备引起了人们极大的关注。目前制备一维k2nb8o21晶体，主要是采用熔盐法，如以nb2o5和kcl为原料，800℃下合成了k2nb8o21纳米带、1000℃下合成了k2nb8o21微米线，并发现其具有良好的电性能和介电性能；另外，采用熔盐法制备了棒状的k2nb8o21，然后以k2nb8o21为前驱体分别制备出棒状的nanbo3和canbo6粉体，还以k2nb8o21为前驱体制备了棒状纳米kxna1-xnbo3晶体。由上可知，目前k2nb8o21晶体的合成都需在高温条件下进行，无法在低温合成棒状结构k2nb8o21晶体。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种棒状结构k2nb8o21晶体及其制备方法，旨在解决现有方法需要在高温条件下合成棒状结构k2nb8o21晶体的问题。

本发明的技术方案如下：

一种棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，包括如下步骤：

步骤s1、取nb2o5和koh粉体，加水搅拌均匀后，在160～190℃下反应36~60小时，反应完毕后冷却至室温，并调节ph值为5.5~6，然后在180℃～190℃下反应2~5天，反应完毕后冷却至室温，得到一维knb3o8晶体；

步骤s2、取koh和所述一维knb3o8晶体，加水搅拌均匀后，在120～160℃下反应3~20小时，得到棒状结构k2nb8o21晶体。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s1中，所述nb2o5和koh粉体中，k与nb的摩尔比为100～500:9。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s1中，所述水与nb2o5的摩尔比350～400:1。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s1中，使用3～8mol/l的hcl调节ph值为5.5～6。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s1中，反应完毕后冷却至室温，得到一维knb3o8晶体之间还包括步骤：水洗、过滤、滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在60~100℃下干燥5~12小时。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，过滤使用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.0μm。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s2中，所述koh和一维knb3o8晶体的摩尔比为500～1000:1。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s2中，所述koh与水的摩尔比1:4～6。

所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法，其中，所述步骤s1和步骤s2中，所述搅拌均为磁力搅拌，搅拌的时间均为0.5~1小时。

一种棒状结构k2nb8o21晶体，其中，采用如上任一所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法制备而成。

有益效果：本发明采用水热法制备棒状结构k2nb8o21晶体，反应温度不超过200℃，相比传统熔盐法，大幅降低了反应温度，同时本发明方法制备的k2nb8o21晶体纯度高、可重复性好。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的棒状结构k2nb8o21晶体的x射线衍射图。

图2为本发明实施例1制备的棒状结构k2nb8o21晶体的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明提供一种棒状结构k2nb8o21晶体及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法较佳实施例，其中，包括如下步骤：

步骤s1、取nb2o5和koh粉体，加水搅拌均匀后，在160～190℃下反应36~60小时，反应完毕后冷却至室温，并调节ph值为5.5~6，然后在180℃～190℃下反应2~5天，反应完毕后冷却至室温，得到一维knb3o8晶体。

步骤s2、取koh和所述一维knb3o8晶体，加水搅拌均匀后，在120～160℃下反应3~20小时，得到棒状结构k2nb8o21晶体。

本发明采用水热法制备棒状结构k2nb8o21晶体，反应温度不超过200℃，相比传统熔盐法，大幅降低了反应温度，同时本发明方法制备的k2nb8o21晶体纯度高、可重复性好。

上述步骤s1具体为：在室温下，按一定比例称取nb2o5和koh粉体，加入到一定量的水中，磁力搅拌0.5～1小时至混合均匀，转移到水热釜中；其中，所述nb2o5和koh粉体中，k与nb的摩尔比为100～500:9，所述水与nb2o5的摩尔比350～400:1。转移到水热釜中后，在160～190℃下反应36-60小时，优选48小时，冷却至室温后，使用3～8mol/l的盐酸（hc了）调节ph为5.5～6，继续进行水热反应，在180℃～190℃下反应2～5天，冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后再用乙醇冲洗，最后在60～100℃下干燥5～12小时，获得一维knb3o8晶体。其中，上述室温的温度范围均为10~40℃，过滤使用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.0μm。

上述步骤s2具体为：称取一定量koh和所述一维knb3o8晶体，加入到一定量的水中，磁力搅拌0.5～1小时至混合均匀，然后移入具有四氟乙烯内衬的高压釜中；其中，所述氢氧化钾（koh）和一维knb3o8晶体的摩尔比为500～1000:1，氢氧化钾（koh）与水的摩尔比1:4～6。转移到高压釜中后，在120～160℃下反应3～20小时，冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后再用乙醇冲洗，最后在60～100℃下干燥5～12小时，得到棒状结构k2nb8o21晶体。其中，上述室温的温度范围为10~40℃，过滤使用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.0μm。

本发明所用的氢氧化钾（koh）、五氧化二铌（nb2o5）和乙醇均为分析纯，水为去离子水或蒸馏水。

与现有熔盐法相比，本发明的水热法制备棒状结构k2nb8o21晶体，具有反应温度低、纯度高和重复性好的优点。本发明制备的棒状结构k2nb8o21晶体，具有良好的光催化性能，在催化剂、电光偏转器和压电换能器等光电器件领域有广泛的应用前景。

本发明可通过调整koh、h2o和nb2o5的不同用量，反应温度和时间，得到不同直径的棒状k2nb8o21晶体。本晶体具有高电光系数、非线性光学系数和催化性，在光催化、倍频、表面声波设备中有广泛的应用。

本发明的一种棒状结构k2nb8o21晶体，其中，采用如上任一所述的棒状结构k2nb8o21晶体的制备方法制备而成。本发明所述k2nb8o21晶体为棒状结构，其直径为100nm～1.5μm，长度为2～30μm，晶体表面较光滑。

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

室温下，按k：nb的摩尔比100:9称取koh和nb2o5粉体，加入到h2o:nb2o5摩尔比350:1的水中，磁力搅拌0.5小时后，转移到水热釜中，170℃加热48小时，冷却到室温后，用5mol/l盐酸调ph为5.57，继续进行水热反应，180℃反应4天。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在100℃下干燥5小时，获得一维knb3o8晶体。称取koh、h2o和所获得的knb3o8晶体，其中氢氧化钾与knb3o8的晶体摩尔比500:1，氢氧化钾与水的摩尔比1:4，混合，磁力搅拌0.5小时后，混合物移入具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，进行水热反应，160℃反应3小时。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在100℃下干燥5小时，获得棒状k2nb8o21晶体。所用的氢氧化钾、五氧化二铌、乙醇为分析纯，水为去离子水。

结果测试：

本实施例制备的棒状结构k2nb8o21晶体的x射线衍射图如附图1所示，其中，2θ值为5.77°，22.39°，25.44°，27.43°，29.43°，30.22°，31.89°，34.06°，45.48°，48.51°，51.18°，56.74°，分别对应k2nb8o21晶体的衍射峰，说明获得的k2nb8o21晶体为纯相k2nb8o21晶体。

本实施例制备的棒状结构k2nb8o21晶体的扫描电镜照片如附图2所示，由图2可以看出k2nb8o21晶体发育完整，晶体为棒状结构，直径为100nm～1.5μm，长度为2～30μm，晶体表面较光滑。

实施例2

室温下，按k：nb的摩尔比200:9称取koh和nb2o5粉体，加入到h2o:nb2o5摩尔比400:1的水中，磁力搅拌1小时后，转移到水热釜中，180℃加热48小时，冷却到室温后，用3mol/l盐酸调ph为5.5，继续进行水热反应，190℃反应2天。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在80℃下干燥8小时，获得一维knb3o8晶体。称取koh、h2o和所获得的knb3o8晶体，其中氢氧化钾与knb3o8的晶体摩尔比700:1，氢氧化钾与水的摩尔比1:6，混合，磁力搅拌0.5小时后，混合物移入具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，进行水热反应，150℃反应12小时。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在60℃下干燥10小时，获得棒状k2nb8o21晶体。所用的氢氧化钾、五氧化二铌、乙醇为分析纯，水为蒸馏水。

实施例3

室温下，按k：nb的摩尔比300:9称取koh和nb2o5粉体，加入到h2o:nb2o5摩尔比370:1的水中，磁力搅拌0.5小时后，转移到水热釜中，160℃加热48小时，冷却到室温后，用3mol/l盐酸调ph为6.0，继续进行水热反应，180℃反应3.5天。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在80℃下干燥12小时，获得一维knb3o8晶体。称取koh、h2o和所获得的knb3o8晶体，其中氢氧化钾与knb3o8的晶体摩尔比600:1，氢氧化钾与水的摩尔比1:5，混合，磁力搅拌1小时后，混合物移入具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，进行水热反应，140℃反应24小时。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在60℃下干燥12小时，获得棒状k2nb8o21晶体。所用的氢氧化钾、五氧化二铌、乙醇为分析纯，水为去离子水。

实施例4

室温下，按k：nb的摩尔比500:9称取koh和nb2o5粉体，加入到h2o:nb2o5摩尔比350:1的水中，磁力搅拌0.8小时后，转移到水热釜中，170℃加热48小时，冷却到室温后，用8mol/l盐酸调ph为5.5，继续进行水热反应，180℃反应2天。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在100℃下干燥7小时，获得一维knb3o8晶体。称取koh、h2o和所获得的knb3o8晶体，其中氢氧化钾与knb3o8的晶体摩尔比1000:1，氢氧化钾与水的摩尔比1:4，混合，磁力搅拌1小时后，混合物移入具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，进行水热反应，150℃反应20小时。冷却到室温后，进行水洗，过滤，滤出物用蒸馏水洗至ph值等于7后用乙醇冲洗，在90℃下干燥6小时，获得棒状k2nb8o21晶体。所用的氢氧化钾、五氧化二铌、乙醇为分析纯，水为蒸馏水。

综上所述，本发明提供的一种棒状结构k2nb8o21晶体及其制备方法，本发明采用水热法制备棒状结构knb3o8晶体，相比传统熔盐法，大幅降低了反应温度；同时，本发明可以通过调整koh、h2o和nb2o5的用量、反应温度和反应时间，得到不同直径的棒状结构k2nb8o21晶体。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。