一種製備slyton鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法
2023-12-08 07:27:46 3
一種製備slyton鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法
【專利摘要】本發明公開了一種製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，系將可溶性鍶鹽、可溶性鑭鹽、可溶性釔鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑在醇水混合溶液中充分溶解後，程序升溫發生燃燒反應，並在高溫階段保持一定時間，冷卻形成前驅物，然後將前驅物進行氮化高溫處理，即得目的產物。可溶性鍶鹽為氯化鍶或硝酸鍶中的一種或其混合物；可溶性鑭鹽為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或其混合物；可溶性釔鹽為氯化釔或硝酸釔中的一種或其混合物。可溶性鉭鹽為五氯化鉭或五乙氧基鉭中的一種或其混合物；燃燒輔助劑為尿素或檸檬酸中的一種或其混合物。本發明產品純度高，雜質含量低，可用於鐵電、光電、光催化以及燃料電池等領域。
【專利說明】-種製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於無機非金屬材料的製備【技術領域】，具體地說是涉及一種製備SLYTON 型鈣鈦礦結構氮氧化物粉體的方法。
【背景技術】
[0002] 鈣鈦礦結構的過渡金屬氮氧化物（比如基於鈮和鉭的半導體材料）作為一種新型 高效可見光的光催化劑也越來越得到人們的重視。由於氮原子參與能帶結構的形成，使得 禁帶寬度變窄，可以作為可見光響應光解水制氫的半導體光催化劑（Kudo，A.; Miseki， Y. , Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chem Soc Rev, 2009,38 (1): 253-278)。SrMLaQ.JuTaQ.^.A.J縮寫為 SLYTON)是一種重要的無鉛類鈣 鈦礦型鐵電質材料。主要應用於光催化、染料顏料、磁阻材料和淨化劑等領域。由於SLYTON 是響應可見光譜(波長大於500 nm)的光催化劑，近年來越來越受到人們的重視。傳統的制 備SLYTON粉體的固相反應技術耗時較長且需要高溫條件，反應通常是在1000?1400° C 高溫下進行，從而限制了 SLYTON粉體的生產。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種工藝簡單，目的產物收率高，制 備成本低，操作工藝簡單，分散性好的SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的製備方法。本發明 通過利用燃燒輔助劑，實現了低溫固相煅燒製取純相SLYTON粉體的工藝過程。通過多組對 比試驗，發現了燃燒輔助劑在反應中起著重要作用，利用其在反應中的熔化與燃燒放熱成 功的生成了具有良好結晶度的SLYTON粉體。本發明製備方法同樣可以應用於和SLYTON相 似的其它功能材料的化學合成研究，且具有廣闊的應用前景。
[0004] 為達到上述目的，本發明是這樣實現的。
[0005] -種SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的製備方法，系將可溶性鍶鹽、可溶性鑭鹽、 可溶性釔鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑在醇水混合溶液中充分溶解後，直接在馬弗爐中程 序升溫發生燃燒反應，並在高溫階段保持一定時間，自然冷卻後形成前驅物，然後將所述前 驅物進行氮化高溫處理，即得目的產物SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體。
[0006] 作為一種優選方案，本發明所述可溶性鉭鹽與燃燒輔助劑的摩爾比為1 : 1? 500。
[0007] 進一步地，本發明所述可溶性鍶鹽為氯化鍶或硝酸鍶中的一種或其混合物。
[0008] 進一步地，本發明所述可溶性鑭鹽為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或其混合物。
[0009] 進一步地，本發明所述可溶性釔鹽為氯化釔或硝酸釔中的一種或其混合物。
[0010] 進一步地，本發明所述可溶性鉭鹽為五氯化鉭或五乙氧基鉭中的一種或其混合 物。
[0011] 進一步地，本發明所述燃燒輔助劑為尿素或檸檬酸中的一種或其混合物。
[0012] 進一步地，本發明所述醇水混合溶液中的醇為甲醇、乙醇或乙二醇中的一種或其 混合物。
[0013] 進一步地，本發明所述醇水混合溶液的醇和水按照體積比為0. 01?1:1?100混 合而成。
[0014] 進一步地，本發明所述馬弗爐中程序升溫的升溫速率範圍在0.1?100 ° C/min; 所述高溫階段的溫度為600?1000 ° C ;保持時間範圍為1?24 h ;所述氮化高溫處理溫 度在500?1000。C，反應時間為4?48 h。
[0015] 與現有技術相比，本發明具有如下特點。
[0016] (1)本發明工藝路線簡單，製備成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率。
[0017] (2)本發明製備的目的產物SLYT0N粉體，其純度高，雜質含量低，分散性好，可滿 足現代工業對SLYT0N粉體產品的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。本發明的保護範圍不僅局 限於下列內容的表述。
[0019] 圖1為本發明所製備的SLYT0N粉體的X射線衍射圖。
[0020] 圖2為本發明所製備的SLYT0N粉體的紫外可見光譜圖。
[0021] 圖3為本發明所製備的SLYT0N粉體的禁帶寬度圖。
[0022] 圖4為本發明所製備的SLYT0N粉體的實物圖片。
[0023] 圖5為本發明所製備的SLYT0N粉體作為可見光催化劑的催化活性表徵圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發明以可溶性鍶鹽、鑭鹽、釔鹽、鉭鹽和不同燃燒輔助劑為原料。原料按照一定 的摩爾配比，在醇水混合溶液中充分溶解後，直接在馬弗爐中程序升溫發生燃燒反應，並在 高溫階段保持一定時間，自然冷卻後形成前驅物，然後將前驅物在氨氣下氮化高溫處理，即 得到SLYT0N粉體，其製備步驟是。
[0025] (1)將可溶性鍶鹽、鑭鹽、釔鹽、鉭鹽和不同燃燒輔助劑按照一定的摩爾比稱量後， 放入在醇水混合溶液中充分溶解，時間大於30分鐘。
[0026] (2)將上述溶液，直接在馬弗爐中發生燃燒反應，馬弗爐中程序升溫的升溫速率範 圍在 0· 1 ?100。C/min。
[0027] (3)馬弗爐高溫階段的溫度為600?1000 ° C ;保持時間範圍為1?24 h，自然 冷卻後即製得前驅物。
[0028] (4)將前驅物在氨氣氛圍將其進行高溫氮化處理，氮化溫度為500?1000 ° C，時 間為4?48小時，S卩製得SLYT0N粉體。
[0029] 參見圖1至4所示，本發明將製備所得的SLYT0N粉體進行XRD和紫外可見光譜分 析，其結果是，所得產品SLYT0N粉體XRD衍射花樣是ABX 3型鈣鈦礦結構且結晶度很強。所 得產品SLYT0N粉體的吸收邊在550-600nm處（圖2)，禁帶寬度約1. 95 eV (圖3)。所得產 品SLYT0N粉體的顏色是桔黃色（圖4)，且在可見光條件下，一定的催化輔助劑和一定濃度 犧牲劑的水溶液中，在光催化氧化水產氧的反應模型中有很高的催化活性（圖5)。
[0030] 實施例1。
[0031] 將硝酸鍶、硝酸鑭、硝酸釔、五氯化鉭和尿素按照摩爾比為1 :1 :1 :1:20，準確稱量 後放入甲醇水溶液(醇水體積比1 :1)中攪拌溶解，時間大於30分鐘。將上述的混合物裝 入大坩堝中後直接放入馬弗爐中，程序升溫的升溫速率為10 ° C/min，高溫設定溫度800 ° C，高溫階段保持時間為4 h，自然冷卻後，即得前驅物。將前驅物在氨氣氛圍下氮化處理， 氮化溫度為850 ° C，時間為6小時，冷卻後，即得SLYT0N粉體。其產品純度不低於99. 86%， 雜質含量：碳小於〇. 12% ;氯小於0. 01%。
[0032] 實施例2。
[0033] 將硝酸鍶、硝酸鑭、硝酸釔、五氯化鉭和尿素按照摩爾比為1 :1 :1 :1:50，準確稱量 後放入甲醇水溶液(醇水體積比2 :1)中攪拌溶解，時間大於30分鐘。將上述的混合物裝 入大坩堝中後直接放入馬弗爐中，程序升溫的升溫速率為10 ° C/min，高溫設定溫度800 ° C，高溫階段保持時間為6 h，自然冷卻後，即得前驅物。將前驅物在氨氣氛圍下氮化處理， 氮化溫度為850 ° C，時間為7小時，冷卻後，即得SLYT0N粉體。其產品純度不低於99. 85%， 雜質含量：碳小於〇. 13% ;氯小於0. 01%。
[0034] 實施例3。
[0035] 將硝酸鍶、硝酸鑭、硝酸釔、五氯化鉭和檸檬酸按照摩爾比為1 :1 :1 :1:20,準確稱 量後放入甲醇水溶液(醇水體積比1 :1)中攪拌溶解，時間大於30分鐘。將上述的混合物裝 入大坩堝中後直接放入馬弗爐中，程序升溫的升溫速率為10 ° C/min，高溫設定溫度800 ° C，高溫階段保持時間為4 h，自然冷卻後，即得前驅物。將前驅物在氨氣氛圍下氮化處理， 氮化溫度為850 ° C，時間為6小時，冷卻後，即得SLYT0N粉體。其產品純度不低於99. 84%， 雜質含量：碳小於〇. 14% ;氯小於0. 01%。
[0036] 實施例4。
[0037] 將氯化鍶、氯化鑭、氯化釔、五氯化鉭和尿素按照摩爾比為1 :1 :1 :1:20,準確稱量 後放入乙醇水溶液(醇水體積比1 :1)中攪拌溶解，時間大於30分鐘。將上述的混合物裝 入大坩堝中後直接放入馬弗爐中，程序升溫的升溫速率為20 ° C/min，高溫設定溫度800 ° C，高溫階段保持時間為8 h，自然冷卻後，即得前驅物。將前驅物在氨氣氛圍下氮化處理， 氮化溫度為850 ° C，時間為8小時，冷卻後，即得SLYT0N粉體。其產品純度不低於99. 84%， 雜質含量：碳小於〇. 10% ;氯小於〇. 05%。
[0038] 實施例5。
[0039] 將氯化鍶、氯化鑭、氯化釔、五氯化鉭和檸檬酸按照摩爾比為1 :1 :1 :1:20，準確稱 量後放入乙二醇水溶液(醇水體積比2 :1)中攪拌溶解，時間大於30分鐘。將上述的混合 物裝入大坩堝中後直接放入馬弗爐中，程序升溫的升溫速率為20 ° C/min，高溫設定溫度 800 ° C，高溫階段保持時間為10 h，自然冷卻後，即得前驅物。將前驅物在氨氣氛圍下氮 化處理，氮化溫度為850 ° C，時間為8小時，冷卻後，即得SLYT0N粉體。其產品純度不低 於99. 85%，雜質含量：碳小於0. 09% ;氯小於0. 05%。
[0040] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於，將可溶性鍶鹽、可溶 性鑭鹽、可溶性釔鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑在醇水混合溶液中充分溶解後，直接在馬弗 爐中程序升溫發生燃燒反應，並在高溫階段保持一定時間，自然冷卻後形成前驅物，然後將 所述前驅物進行氮化高溫處理，即得目的產物SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體。
2. 根據權利要求1所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述可溶性鉭鹽與燃燒輔助劑的摩爾比為1 : 1?500。
3. 根據權利要求2所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述可溶性鍶鹽為氯化鍶或硝酸鍶中的一種或其混合物。
4. 根據權利要求3所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述可溶性鑭鹽為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或其混合物。
5. 根據權利要求4所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述可溶性釔鹽為氯化釔或硝酸釔中的一種或其混合物。
6. 根據權利要求5所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述可溶性鉭鹽為五氯化鉭或五乙氧基鉭中的一種或其混合物。
7. 根據權利要求6所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述燃燒輔助劑為尿素或檸檬酸中的一種或其混合物。
8. 根據權利要求7所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其特徵在於：所 述醇水混合溶液中的醇為甲醇、乙醇或乙二醇中的一種或其混合物。
9. 根據權利要求8所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，，其特徵在於： 所述醇水混合溶液的醇和水按照體積比為〇. 01?1:1?100混合而成。
10. 根據權利要求1?9之任一所述的製備SLYTON鈣鈦礦型氮氧化物粉體的方法，其 特徵在於：所述的馬弗爐中程序升溫的升溫速率範圍在0.1?100 ° C/min;所述的高溫 階段的溫度為600?1000° C ;保持時間範圍為1?24 h ;所述氮化高溫處理溫度在500? 1000 ° C，反應時間為4?48 h。
【文檔編號】C01G35/00GK104085924SQ201410333159
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】張 傑, 許家勝, 張帆 申請人:渤海大學