专利名称：一种铌酸钠纳米线光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米光催化材料应用领域，尤其是一种光催化CO2还原的催化剂的制
备方法。
背景技术：
在工业革命前,大气中CO2浓度在很长一段时间内大约为300ppm。后来随着石油和化石能源的大量消耗引起了 CO2在地球大气中含量不断的增加。2012年I月达到了393. 09ppm。可以预见在未来相当长的时间内，人类还将主要依赖于化石能源，因此CO2浓度增加引起的温室效应这一问题将长期存在。而这将引起气温升高、冰川融化、全球极端气候事件频率加剧、海平面升高、森林减退以及陆地面积变小等一系列严重问题，对未来人类的生存环境和地球的生态系统造成严重危害。因此CO2浓度显著的增加已经成为一个严重 的全球性问题。一种可能方法是在常温常压下，利用太阳光和半导体光催化材料将CO2高效的转化为碳氢化合物(如甲烷等)。这一技术的实现，一方面，可以减少空气中CO2的浓度，降低温室气体效应，另一方面，使CO2取代石油和天然气成为化工中的碳源成为一种可能，能够部分缓解目前日益紧张的能源危机。因此将大气中CO2合理的开发和利用，将其转化为有价值的产品，将对环境保护、C资源的合理利用及人类社会的可持续发展具有是非常重要的意义。一维化的纳米材料常常具有较好的结晶性和较大的比表面积，并且其一维结构具有大的表面积与体积比，在光催化领域引起了广泛的研究兴趣。但是目前此类的研究还很有限，我们试图通过一维纳米化微结构的控制实现光催化活性的提高。
表面活性剂辅助的水热合成方法由于其具有合成温度低，产率高，合成的粒子具有均匀的尺寸和形貌，其已经被应用为合成金属、非金属和氧化物一维纳米材料领域。表面活性剂辅助剂即软模板，其主要是指采用表面活性剂中孔相，即用棒状胶束或微乳液为模板合成。在其孔道中，表面活性剂能够导向纳米材料的生长，棒状的胶束使离子前驱体进一步形成棒状纳米材料。其中，纳米棒的长径比由胶束和微乳模板的形状、尺寸以及前驱体盐和表面活性剂的浓度所控制。表面活性剂分子之间相互键合成长的晶面，有助于纳米棒的生长。
发明内容
本发明提供了一种铌酸钠纳米线的制备方法并研究其光催化性能。通过制备纳米线材料，来克服传统光催化材料的结晶性不足和比表面积较小的特点，提高光催化效率，用以指导制备纳米线光催化材料。本发明还进一步提供了铌酸钠纳米光催化材料的制备方法。本发明通过如下技术方案得到实现(I)通过表面活性剂辅助的水热方法来合成前驱体Na2Nb2O6 · H2O纳米线，然后采用在电炉中空气氛围下煅烧的方法来制备NaNbO3纳米线。(2) I克P123加入25ml蒸馏水中，在40°C下持续搅拌两个小时后加入5克Nb(0C2H5)5。
(3)逐滴加入IOml浓度为O. 8g/ml的氢氧化钠溶液。(4)在搅拌一小时后，将得到的溶液转移到高压釜中，并在200°C下热处理24小时。(5)所得到的沉淀过滤后，分别用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥一夜。(6)将所得到的粉末分别煅烧550°C，保温时间为4小时，并且采用自然降温的方式回到室温。(7)在一个典型示例中，含甲醇溶液中加入NaNbO3粉末和氯钼酸，通过400W的高 压汞灯下照射Ih后，将所得到的沉淀过滤后，用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥 12h。
制备得到的NaNbO3纳米线扫描电子显微镜照片如图I和图2所示。可见其直径为几十纳米，长度为几十微米。本发明所采用的水热方法实现了铌酸钠的低温可控合成，用湿化学法合成，实现了 Na，Nb，O在分子水平上的混合。产物尺寸均匀，并且为单晶结构。本发明所述的一步水热过程，工艺简单，流程短，产品质量稳定，易于实现工业化。
图I为发明化合物的扫描电子显微镜照片。图2为发明化合物的透射电子显微镜照片。
具体实施例方式 实例I.
采用固相法合成了颗粒状的NaNbO3，将Nb2O5和Na2CO3固体粉末按反应的化学计量比混合，固体粉末加入无水乙醇后在玛瑙研钵中研磨，800°C煅烧4h后取出重新研磨后再在900°C下煅烧5h。在一个典型示例中，含甲醇溶液中加入NaNbO3粉末和氯钼酸，通过400W的高压汞灯下照射Ih后，将所得到的沉淀过滤后，用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥12h。将固相合成光催化材料样品置于反应器中的样品台并平铺，对系统抽真空后向反应系统注入CO2 (约Iatm)，然后使用注射器加入水(O. 4ml)，将反应器避光10h，利用气体循环泵使光催化反应系统达到吸附-脱附平衡状态，然后进行光照，光源分别采用氙灯和太阳光模拟器，光照一定时间后，通过气相色谱仪(GC)得到NaNbO3粉末的CH4产生速率为32ppm/ (h · g)。
实例2.
在一个典型示例中，I克P123加入25ml蒸馏水中，在40°C下持续搅拌两个小时后加入5克Nb (OC2H5) 5。逐滴加入IOml浓度为O. 8g/ml的氢氧化钠溶液。在搅拌一小时后，将得至IJ的溶液转移到高压釜中，并在200°C下热处理24小时。所得到的沉淀过滤后，分别用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥一夜。将所得到的粉末分别煅烧550°C，保温时间为4小时，并且采用自然降温的方式回到室温。在一个典型示例中，含甲醇溶液中加入NaNbO3粉末和氯钼酸，通过400W的高压汞灯下照射Ih后，将所得到的沉淀过滤后，蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥12h。含甲醇溶液中加入NaNbO3粉末和氯钼酸，通过400W的高压汞灯下照射Ih后，将所得到的沉淀过滤后，蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥12h。将光催化材料样品置于反应器中样品台并平铺，对系统抽真空后向反应系统注入CO2 (约Iatm)，然后使用注射器加入水(O. 4ml)，将反应器避光10h，利用气体循环泵使光催化反应系统达到吸附-脱附平衡状态，然后进行光照，光源分别采用氙灯和太阳光模拟器，光照一定时间后，通过气相色谱仪(GC)来确定反应物的浓度和组分。NaNbO3纳米线的CH4 产生速率对比高温固相反应法制备的NaNbO3从32ppm/ (h · g)上升到653ppm/ (h · g),活性提高了 20倍。
权利要求
1.一种用于CO2还原的光催化剂，其特征为Pt-担载NaNbO3纳米线。
2.如权利要求I所述的铌酸钠纳米光催化材料的制备法，其特征在于包括以下步骤1克P123加入25ml蒸馏水中，在40°C下持续搅拌两个小时后加入5克Nb (OC2H5) 5。然后逐滴加入IOml浓度为0. 8g/ml的NaOH溶液。在搅拌一小时后，将得到的溶液转移到高压釜中，并在200°C下热处理12 36小时。所得到的沉淀过滤后，分别用蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥一夜。将所得到的粉末分别煅烧450 650°C，保温时间为4小时，并且采用自然降温的方式回到室温。在含乙醇溶液中加入NaNbO3粉末和氯钼酸，通过400W的高压汞灯下照射Ih后，将所得到的沉淀过滤后，蒸馏水和乙醇洗涤，并在70°C的烘箱中干燥 12h。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于所用的的表面活性剂为P123。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于所用的的反应物为Nb(OC2H5) 5和NaOH。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于溶剂热的温度为200°C。
6.如权利要求I所述的方法,其特征在于热处理12 36小时。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于热处理粉末温度为450 650°C。
全文摘要
本发明涉及纳米线光催化材料的制备和应用领域，尤其是一种光催化CO2还原的催化剂的制备方法。通过表面活性剂辅助的水热方法来合成前驱体Na2Nb2O6·H2O纳米线，然后采用在电炉中空气氛围下煅烧的方法来制备铌酸钠纳米线。铌酸钠纳米线的转化CO2为CH4产生速率对比高温固相反应法制备的铌酸钠活性提高了20倍。
文档编号C07C9/04GK102658139SQ20121015407
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者史海峰, 杨莉 申请人:江南大学