[发明专利]一种多级核壳结构材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多级核壳结构材料，是由复合金属氧化物/五氧化二铌/铌箔构成的多级核壳结构材料，表示为M_xM’_yO₂/Nb₂O₅/铌箔，M为Ni²⁺或Co²⁺，M’为Al³⁺或Fe³⁺；其中M_xM’_yO₂复合金属氧化物是由复合金属氢氧化物M_xM’_y(OH)₂煅烧得到的；该材料具有独特的微观结构，其中五氧化二铌以棒状生长在铌箔基底上的，复合金属氧化物生长在五氧化二铌棒外壁形成核壳阵列多级结构。本发明采用水热刻蚀法，先在铌箔基底上原位生长五氧化二铌棒阵列，之后将其置于含混合金属盐溶液的溶液中，用水热法在五氧化二铌棒上生长层状双金属复合氢氧化物，经煅烧形成复合金属氧化物，从而获得M_xM’_yO₂/Nb₂O₅/铌箔多级结构催化材料。该材料在光催化方面，有机催化方面具有良好的应用前景。

技术领域：

本发明涉及一种多级核壳结构材料，具体涉及一种五氧化二铌负载复合金属氧化物的多级结构催化材料及其制备方法。

背景技术：

目前铌酸盐、氧化铌等由于其独特的催化性能引起了广大学者广泛关注，由于其具有非常好的热稳定型，是制作耐火材料，特种玻璃的材料，除此之外，铌酸盐和氧化铌等铌的化合物还是一种性能优良半导体光催化剂，经过多年的研究，这类优良的半导体光催化剂目前己广泛应用于光催化产氢、光催化有机合成、二氧化碳的光催化还原转换以及储能器件等，在这些研究中，铌基材料都显示了较好光催化和催化有机反应的活性。

在光催化方面，Liu等[Langmuir 2016,32,254-264]人利用层状HNb₃O₈/石墨烯，由于这种独特的二维结构，片状HNb₃O₈在光催化还原CO₂的性能相对于TiO₂提升8倍；Li等[J.Mater.Chem.A,2013,1,11894-11900]人利用无模板法成功合成了中空的Nb₂O₅纳米微球,由于其高的表面能和较大的比表面积，在可见光下对水的分解展现了高的活性。在催化有机反应方面Liang等[Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,2951-2955]人通过离子交换法合成出了单层的二维纳米片HNb₃O₈，由于片状结构可以为有机催化反应提供更多的反应活性位点，在可见光下对苯甲醇的选择性氧化有着较高的反应活性。

大部分的铌氧化物由于其禁带宽度宽，以及合成方法复杂不易控制，不能被广泛而高效的应用于催化反应中，因而在催化剂改性方面做了大量的研究，我们可以通过表面生长多级结构的壳，进而改善其禁带宽度，提高太阳能利用率，核壳多级结构的催化剂，一方面，多级的壳可以增加催化材料的比表面积，提升活性组分的负载量，更好地暴露活性物质。另一方面，在催化反应结束后易于回收。因而有望将此类多级材料应用于光催化中。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多级核壳结构催化材料及其制备方法，该材料可用作于光催化，有机催化反应。