特定形貌的铌酸钠光催化材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种特定形貌的铌酸钠光催化材料及其制 备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 在这科学技术迅速发展、社会文明高速进步、生活水平急速提升的二十一世纪，人 类社会面临着两个非常严峻的问题一一能源短缺和环境污染。光催化技术是利用太阳能在 光催化剂存在的条件下所进行的反应。该技术可分解水制备氢气，也能降解有机污染物来 净化环境，在解决两大危机中具有广阔的应用前景，也显示出了极大的优越性，因此受到了 广泛的关注。光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的催化剂， 世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多 种氧化物硫化物半导体。
[0003] 铌酸钠（NaNbO3)是一种新型的半导体光催化材料。光催化反应发生在催化剂表 面，其表面形貌严重影响其反应速率。前人报道表明，NaNbO 3B貌对其光催化性能有较大的 影响，而且提高NaNbO3的比表面积，能够增加光催化反应活性位置。现有技术主要是合成粉 体状、盘状、长方体等形貌的铌酸钠光催化材料，如申请号为201310317434. X的专利公开 了一种絮状纳米级铌酸钠复合光催化材料，该絮状纳米级铌酸钠复合光催化材料是用过量 的似20) 3与Bi 2.5Na3.5Nb50 ls进行高温拓扑反应，形成的一种絮状纳米级铌酸钠，最后与尿素 复合既得到絮状纳米级铌酸钠复合光催化材料。但是，粉体状的光催化材料不利于光催化 材料的回收再利用，而薄膜状的光催化材料可以回收进行重复使用，大大地降低了光催化 材料的制备成本，因此，受到了广泛的关注。光催化反应主要发生在催化剂的角和边缘处， 因此，增加光催化剂表面的角和边缘有助于提高催化性能。本申请通过不同的制备手段来 制备出具有不同表面形貌的铌酸钠材料，增加催化剂表面边和角，增加光催化反应的位置， 以期提高光催化性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种特定形貌的铌酸钠光催化材料；本发明的另一目的在 于提供一种特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法及该特定形貌的铌酸钠光催化材料 在环境净化中的应用。
[0005] 本发明通过以下技术方案实现： 一种特定形貌的铌酸钠光催化材料，所述特定形貌的铌酸钠光催化材料的形貌为三棱 柱、三棱锥和异形长方体中的至少一种。
[0006] 根据上述的特定形貌的银酸钠光催化材料，所述三棱柱的高为3-30 μ m，其底面边 长为1-10 μ m ;所述三棱锥的棱长为0. 2-3 μ m ;所述异形长方体为长方体削掉其八个角中 任意一个角后的形状，所述异形长方体的边长为1-6 μ m。
[0007] 上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法之一，包括以下步骤： (1) 按照摩尔比Na:Nb= (0. 7~I. 2) :1称取无水Na2COjP Nb A粉末，混合后研磨均 匀，然后加热升温至650-850°C，保温3-8h，得到混合物； (2) 将混合物研磨均匀，放置于氧化铝方舟中，然后将单晶衬底材料掩埋在混合物中， 加热升温至900-1KKTC，保温3-8h ; (3) 冷却至室温后，将单晶衬底材料取出，用乙醇清洗，既得到生长在单晶衬底材料上 的特定形貌的银酸钠光催化材料。
[0008] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述步骤（1)中，加热升温过 程的升温速率为4-10°C /min ;所述步骤（2)中，加热升温过程的升温速率为2-8°C /min。
[0009] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述单晶衬底材料为铝酸镧 单晶衬底。
[0010] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述铝酸镧单晶衬底的大小 为IcmX Icm ;所述错酸铜单晶衬底的暴露晶面为（110)或（111)，当错酸铜单晶衬底的暴露 晶面为（110)时，形成三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料；当铝酸镧单晶衬底的暴露晶面为 (111)时，形成具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催化材料。
[0011] 上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法之二，包括以下步骤： (1) 将1-3克Nb2O5粉末加入到浓度为8-20mol/L的NaOH溶液中，搅拌混合均匀，得到 混合溶液； (2) 将混合溶液放置于反应釜中，然后将单晶衬底材料浸没在混合溶液中，密封反应 釜，加热升温至100-200°C，保温3-8h ;冷却至室温后，将单晶衬底材料取出，用乙醇清洗， 既得到生长在单晶衬底材料上的特定形貌的铌酸钠光催化材料。
[0012] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述步骤（2)中，加热升温过 程的升温速率为2-8°C /min。
[0013] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述单晶衬底材料为铝酸镧 单晶衬底。
[0014] 根据上述特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法，所述铝酸镧单晶衬底的大小 为IcmX Icm ;所述错酸铜单晶衬底的暴露晶面为（110)或（111)，当错酸铜单晶衬底的暴露 晶面为（110)时，形成三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料；当铝酸镧单晶衬底的暴露晶面为 (111)时，形成具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催化材料。
[0015] 上述特定形貌铌酸钠光催化材料在环境净化中的应用。
[0016] 本发明的积极有益效果： (1)本发明首次制备出三棱柱、三棱锥和异形长方体形貌的铌酸钠光催化材料，三棱 柱、三棱锥和异形长方体形貌增加铌酸钠光催化材料表面的边和角，增加光催化反应的位 置，提高了铌酸钠的光催化性能；而且该特定形貌的铌酸钠光催化材料在降解有机污染物 罗丹明B方面具有良好的光催化性能，可以广泛应用于环境净化。
[0017] (2)本发明特定形貌铌酸钠光催化材料的制备方法步骤简单、易操作，而且产品制 备成本低，具有明显的经济效益，易于实现工业化生产。
[0018] (3)在相同条件下研究了在不同形貌的铌酸钠光催化材料降解罗丹明B的光催化 性能，其实验结果见表1，由表1可知，本发明具有三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料降解罗 丹明B的反应速率常数是盘状形貌铌酸钠的3. 0-4. 8倍和长方体形貌铌酸钠的1. 6-2. 7 倍；本发明具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催化材料降解罗丹明B的反应速 率常数是盘状铌酸钠的3. 8-5. 9倍，是长方体状铌酸钠的2. 1-3. 3倍。因此，与盘状、长方 体状形貌的铌酸钠光催化材料相比，本发明制备得到的特定形貌的铌酸钠光催化材料其催 化速率高，光催化能力强，具有良好的光催化性能。
[0019] 表1不同形貌的铌酸钠光催化材料降解罗丹明B的光催化性能比较
【附图说明】
[0020] 图1为本发明三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料的SEM照片。
[0021] 图2为本发明三棱锥形貌的铌酸钠光催化材料的SEM照片。
[0022] 图3为本发明异形长方体形貌的铌酸钠光催化材料的SEM照片。
[0023] 图4为本发明实施例2制备的具有三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料XRD谱图。
[0024] 图5为本发明实施例2制备的具有三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料的SEM照片。
[0025] 图6为本发明实施例8制备的具有三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料XRD谱图。
[0026] 图7为本发明实施例8制备的具有三棱柱形貌的铌酸钠光催化材料的SEM照片。
[0027] 图8为本发明实施例2和实施例8制备的铌酸钠光催化材料在氙灯照射下降解有 机污染物罗丹明B效果图。
[0028] 图9为本发明实施例16制备的具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催 化材料XRD谱图。
[0029] 图10为本发明实施例16制备的具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催 化材料的SEM照片。
[0030] 图11为本发明实施例22制备的具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催 化材料XRD谱图。
[0031] 图12为本发明实施例22制备的具有三棱锥与异形长方体两种形貌的铌酸钠光催 化材料的SEM照片。
[0032] 图13为本发明实施例16和实施例22制备的具有三棱锥与异形长方体两种形貌 的铌酸钠光催化材料在氙灯照射下降解有机污染物罗丹明B效果图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体实施例对本发明作进一步陈述，但并非是对本发明保护范围的限 定，实施例中所涉及的工艺方法，如无特别说明则为常规方法或步骤，所用药品试剂除特别 说明外，均为市售。
[0034] 实施例1 : 一种特定形貌的铌酸钠光催化材料，其形貌为三棱柱；所述三棱柱的高为3-30 μ m，其 底面边长为1-10 μ m。
[0035] 实施例2 : 上述实施例1所述的特定形貌的铌酸钠光催化材料的制备方法之一，包括以下步骤： (1) 按照摩尔比Na: Nb=I: 1称取无水Na2COjP Nb 205粉末，混合后研磨均匀，然后以5°C / min的升温速率加热升温至70(TC，保温5h，得到混合物； (2) 将混合物研磨均匀，放置于氧化铝方舟中，然后将暴露晶面为（110)的铝酸镧单晶 衬底掩埋在混合物中，以4°C /min的升温速率加热升温