[发明专利]一种铌酸钠纳米线的合成方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种铌酸钠纳米线的溶剂热合成方法，尤其涉及一种可重复地一步合成铌酸钠纳米线的方法，属于碱金属铌酸盐纳米功能材料领域。

背景技术

铌酸钠是一种重要的无机非金属功能材料，具有典型的钙钛矿结构，因表现出良好的非线性光学性、铁电性、压电性、光催化性和热释电性等性能，在能量回收、智能传感、能量转化和光催化等领域具有巨大的应用潜力，引起了科学研究和技术应用领域的极大关注。[W. Zeng, X. M. Tao, S. Chen, S. M. Shang, H. L. W. Chan, S. H. Choy, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2631-2638; M. Blomqvist, S. Khartsev, A. Grishin, A. Petraru, C. Buchal, Appl. Phys. Lett., 2003, 82, 439.] 材料的微观结构，包括颗粒尺寸、形貌和分布等情况对其性能起着决定性的作用。由于界面效应和尺寸效应，低维纳米化的功能材料表现出显著的性能增强。特别地，一维铌酸钠纳米粉体（包括纳米线、纳米纤维、纳米棒等）的压电性能和光催化性能较其他形貌（纳米块、纳米球等）具有明显的优势。[J. Lv, T. Kako, Z. S. Li, Z. G. Zou, J. H. Ye, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 6157–6162; T. Y. Ke, H. A. Chen, H. S. Sheu, J. W. Yeh, H. N. Lin, C. Y. Lee, H. T. Chiu, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 8827–8831.]迄今为止，一维铌酸钠粉体的合成主要有熔盐法、静电纺丝法和水热法。Xu采用熔盐法首先制得K₂Nb₈O₂₁纳米线模板，再在熔盐条件下进行离子交换进而得到铌酸钠纳米线，工艺比较繁琐，能源消耗大，且具有一定的危险性；[C. Y. Xu, L. Zhen, R. Yang, Z. L. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 15444–15445.] 静电纺丝法可制备出大小均一，尺寸可控的铌酸钠纳米线，但是需要依赖于昂贵的设备，生产效率极低，不利于工业化；[W. Zeng, X. M. Tao, S. Chen, S. M. Shang, H. L. W. Chan, S. H. Choy, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2631-2638.] 目前普遍采用的是水热法加后期退火处理制备铌酸钠纳米线，即在水热条件下通过严格控制工艺参数（如温度、时间、碱度等）得到一维中间产物Na₇(H₃O)Nb₆O₁₉^.14H₂O或者Na₂Nb₂O₆，再经过后期退火处理得到铌酸钠纳米线。[J. H. Jung, C. Y. Chen, W. W. Wu, J. I. Hong, B. K. Yun, Y. S. Zhou, N. Lee, W. Jo, L. J. Chen, L. J. Chou, Z. L. Wang, J. Phys. Chem. C, 2012, 116 (42), 22261–22265.] 水热法制备铌酸钠纳米线较于熔盐法具有明显的优势，但是一维中间产物对反应环境十分敏感，反应条件需要精确控制，同时还需要后期的煅烧处理，能源消耗大，工艺较为繁杂。因此，采用简单的仪器设备，通过简单的工艺方法，实现铌酸钠纳米线的一步法合成对于铌酸钠在能量转换和光催化领域的应用具有重大意义。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种实现铌酸钠纳米线粉体高效快速的一步溶剂热合成方法，通过该方法制备得到的铌酸钠纳米线粉体具有优异的光催化性能和压电性能。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的铌酸钠纳米线的合成方法包括下列步骤：