专利名称：一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法
技术领域：
本发明属于无机功能材料的制备技术，特别是一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法。
背景技术：
金属钒酸盐中的钒元素易形成多价态化合物，使空间配位构型多变，可与不同金属离子配位构成独特的晶体结构，进而表现出多样的化学特性，故被广泛应用于能量储存与转化、污水处理、光催化、生物医药等领域，且在未来的其它领域还将有着光明的市场前
旦
ο为进一步发挥材料的小尺寸效应并提高利用效率，金属钒酸盐微/纳米材料的可控制备已成为研究热点之一。碱土金属微/纳米材料，作为金属钒酸的重要组成部分，不仅结合了碱土金属资源丰富、价格低廉的特点，还聚集了金属钒酸盐纳米材料在催化转化的性能优势，这为制备性能优异的功能材料提供了条件。目前，金属钒酸盐微/纳米材料的制备方法主要有高温固相法、直接沉淀法、 溶胶凝胶法和水(溶剂)热法等。近些年，尽管金属钒酸盐材料的制备取得了较大进展(Y. Sun, C. S. Li, W. J Zheng. Cryst. Growth Des. 2010，10，262 ；Y. Sun, Wenjun Zheng. Dalton Trans. ,2010,39,7098-7103 ；L.W. Qian, J. Zhu, et al, Chem. Eur. J. 2009,15, 1233 J. F. Liu, Y. D. Li, Adv. Mater. 2007，19，1118 ；A. W. Xu, Y. P. Fang, et al. J. Am. Chem. Soc. 2003，125，1494 ；D. J. Lloyd, J. Galy, Cryst. Struct. Comm. 1973，2，209.)。但是，碱土金属钒酸盐粉体材料仅有少量文献报道(Y. Takita, K. Kikitani，C. Xia, H. Takami and K.Nagaoka. Appl. Catal. , A,2005,283,209-216 ；Y. Takita, S.Hikazudani, K.Soda and K. Nagaoka. J. Mol. Catal. A =Chem.，2008，280，164-172.)，而针对碱土金属钒酸盐纳米材料可控制备的文献就更少，主要原因在于常规传统合成体系下的材料成核速度快、优势方向生长困难等问题，这无疑限制了这类碱土金属钒酸盐材料的蓬勃发展。本发明专利旨在为新型碱土金属钒酸盐纳米材料提供了新的合成路线，为材料的应用开发作贡献。本发明所涉及的微波辐射合成路线具有无温度滞后现象、反应体系温度和浓度均一、工艺简单等优点，更值得关注的是此微波效应可有效控制材料的初期成核和后期定向生长，从而制得组成均勻、形貌规整、性能优异的碱土金属钒酸盐微纳米材料。
发明内容
本发明提供一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微纳米材料的合成方法，该方法采用溶解性良好的碱土金属盐为金属源和偏钒酸铵为钒源，利用高效微波辐射法，可在较温和的反应条件下，对产物的微观形貌和组成进行有效调控，使其适合适用于高端应用领域。本发明的技术方案
一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法，它是以碱土金属盐和偏钒酸铵为原料、用蒸馏水作溶剂并引入结构导向剂，运用微波辐射法的加热方式来制备碱土金属钒酸盐微/纳米材料，具体步骤如下第一步、在常温下，将碱土金属盐固体、或碱土金属盐与表面活性剂的混合物溶解在蒸馏水中，搅拌均勻，制得一定摩尔浓度的碱土金属盐溶液a;第二步、称量与碱土金属盐摩尔比为1 2的偏钒酸铵固体粉末，加入60 75°C 的热蒸馏水，剧烈搅拌至固体完全溶解，将搅拌后制得的均一溶液逐滴滴加到第一步所配制的溶液a中，恒温60°C并继续搅拌15分钟，得到溶液b ；第三步、将得到的溶液b倒入圆底烧瓶中，置于微波辐射反应器中反应30分钟，后处理后便制备出形貌规整的碱土金属钒酸盐微/纳米材料；经光电子能谱分析测试表明 样品中碱土金属元素和钒元素的摩尔比为1 2;所制备样品的组成中金属阳离子的分子式通式为=MV2O6，其中M = Mg、Ca、Sr或Ba ；样品的形貌为颗粒状、线状或片状结构。。所述碱土金属盐为镁、钙、锶、钡的硝酸盐或卤化物中的一种、两种或两种以上的任意组合。所述碱土金属盐与结构导向剂的摩尔比为10 1 10。所述碱土金属盐摩尔浓度为0. 00125 0. 200mol/L。所述的结构导向作用是以吸附或配位的方式与材料前期的晶核表面作用，从而达到控制微/纳米材料的微观结构的目的；所述的结构导向剂是乙二胺四乙酸、十二烷基苯磺酸钠、离子液体中的一种、两种或两种以上的任意组合；其中，所述离子液体为咪唑盐型离子液[RMIM]X，纯度为95. 0% 99. 7% ；其化学结构式如下图所示
权利要求
1.一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法，它是以碱土金属盐和偏钒酸铵为原料、用蒸馏水作溶剂并引入结构导向剂，运用微波辐射法的加热方式来制备碱土金属钒酸盐微/纳米材料，具体步骤如下第一步、在常温下，将碱土金属盐固体、或碱土金属盐与表面活性剂的混合物溶解在蒸馏水中，搅拌均勻，制得一定摩尔浓度的碱土金属盐溶液a ；第二步、称量与碱土金属盐摩尔比为1 2的偏钒酸铵固体粉末，加入60 75°C的热蒸馏水，剧烈搅拌至固体完全溶解，将搅拌后制得的均一溶液逐滴滴加到第一步所配制的溶液a中，恒温60°C并继续搅拌15分钟，得到溶液b ；第三步、将得到的溶液b倒入圆底烧瓶中，置于微波辐射反应器中反应30分钟，后处理后便制备出形貌规整的碱土金属钒酸盐微/纳米材料；经光电子能谱分析测试表明样品中碱土金属元素和钒元素的摩尔比为1 2;所制备样品的组成中金属阳离子的分子式通式为=MV2O6，其中M = Mg、Ca、Sr或Ba ；样品的形貌为颗粒状、线状或片状结构。。
2.根据权利要求1所述的方法，所述碱土金属盐为镁、钙、锶、钡的硝酸盐或卤化物中的一种、两种或两种以上的任意组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征碱土金属盐与结构导向剂的摩尔比为10 1 10 。
4.根据权利要求1所 述的方法，其特征在于所述碱土金属盐摩尔浓度为0.00125 0.200mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的结构导向作用是以吸附或配位的方式与材料前期的晶核表面作用，从而达到控制微/纳米材料的微观结构的目的；所述的结构导向剂是乙二胺四乙酸、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、离子液体中的一种、两种或两种以上的任意组合。
6.根据权利要求1，4所述的方法，其特征在于所述离子液体为咪唑盐型离子液[RMIM] X，纯度为95. 0% 99. 7%;所述咪唑盐型离子液体的阳离子R为1-烷基-3-甲基咪唑，烷基链长度为3 15个碳；咪唑盐的阴离子X为卤素离子、硝酸根离子、醋酸根离子、四氟硼酸根离子或硫酸根离子中的一种、两种或两种以上的任意组合；其化学结构式如下图所示。
全文摘要
一种采用微波辐射法合成碱土金属钒酸盐微/纳米材料的方法，它是以碱土金属盐和偏钒酸铵为原料、用蒸馏水作溶剂并引入结构导向剂，运用微波辐射法的加热方式来制备碱土金属钒酸盐微/纳米材料。本发明的特点是微波加热效率高，通过原料物性或结构导向剂的调控能达到有效控制产物物相和微观形貌的作用，最终得到高效功能纳米材料；该方法的显著优点在于无温度和浓度滞后现象、可操作性高、反应条件温和、工艺简单、微观形貌可控等。本发明也为金属钒酸盐微纳米材料在能量储存与转化、污水处理、光催化、生物医药乃至更广阔领域的应用提供了宝贵的实践经验。
文档编号B82Y40/00GK102225784SQ201110084628
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者孙嬿, 宋明阳, 张志佳, 李春生, 王莉娜, 马雪刚 申请人:河北联合大学