一種微波水熱法合成三斜相FeVO₄粉體的方法

2023-10-04 18:48:39

專利名稱：一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法
一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法
技術領域：
本發明屬於功能材料領域，涉及一種微波水熱法低溫製備三斜相釩酸鐵光催化劑的方法。
背景技術：
釩酸鐵作為一種η型半導體材料，具有獨特的光電性能、磁性能和催化性能，在鋰電池電極材料及碳氫化合物的氧化領域具有廣泛的應用。近年來又發現其在可見光下具有良好的光催化活性，對於環境汙染的治理和綠色能源的開發都具有廣泛的應用前景。FeVO4具有四種晶型結構正交⑴型、正交(II)型、單斜型和三斜型。其中，三斜相FeVO4以其較高的熱穩定性及催化活性引起人們的廣泛關注。目前其常用的製備方法主要有高溫固相反應法、水熱合成法和液相合成法。例如Masatoshi等採用高溫固相反應法，使Fe2O3與V2O5在650°C，壓力為200MPa下反應6小時，製得三斜相FeV04。高溫固相反應方法簡單，但需高溫且反應不均勻，生成樣品粗大、易有雜質。Hua Ma等水熱合成法，使 Fe (NO3) 3 ·9Η20和NH4VO3在180°C下反應3h，再在550°C下煅燒24h，製得三斜相FeVO4,粒徑在80 150nm左右。水熱合成法是製備納米材料的一種方法，但該方法需要高溫長時間反應。V. D Nithya等採用液相共沉澱法，由等摩爾的Fe (NO3) 3 · 9H20和NH4VO3配製反應前驅液，用NaOH調節pH為2，將前驅液沉澱過濾出在600°C下煅燒3h，得到單一的三斜相FeV04。 液相合成法雖然方法簡單，不需要高溫高壓和長時間煅燒，生成的沉澱均勻，但需要嚴格控制沉澱反應條件，且易導致雜質相的生成。目前，尚無文獻和專利報導採用微波水熱法成功合成出三斜相FeVO4納米粉體。
發明內容本發明的目的在於提供一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，其反應時間短，工藝流程簡單，粒度分布均勻且成本較低。為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，包括以下步驟步驟I :將 Fe(NO3)3AH2O和NH4VO3按照Fe V = I I的摩爾配比分別溶解於HNO3溶液和NaOH溶液中，其中HNO3溶液的濃度為I 4mol/L，NaOH溶液的濃度為I 3mol/L ;步驟2 :將步驟 I製備的兩種溶液混合併攪拌均勻，然後用NaOH調節pH為O. 5 4. 5，製得FeVO4前驅物溶液；步驟3 JfFeVO4前驅物溶液加入聚四氟乙烯為內襯的微波水熱反應釜中，填充比為 40 60%，然後將反應釜置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為200 250°C，保溫反應為60 120min ;步驟4 :待反應溫度降至室溫後，將反應釜取出，將內襯中的上清液倒掉，收集沉澱，用去離子水將沉澱物洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌兩次，在60°C下恆溫乾燥；步驟5 :將乾燥後得到的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至400 550°C並保溫40 lOOmin，即得到了三斜相的FeVO4粉體。本發明進一步的改進在於步驟I製備的兩種溶液混合後採用磁力攪拌器攪拌均勻，攬拌時間為10 30min。本發明進一步的改進在於步驟I中，Fe (NO3)3 · 9H20和HNO3溶液中溶質HNO3的摩爾比為(O. 002 O. 015) (O. 04 O. 08) ；NH4VO3和NaOH溶液中NaOH的摩爾比為 (O. 002 O. 015) (O. 02 O. 08)。本發明進一步的改進在於步驟2中，NaOH為礦化劑。本發明進一步的改進在於步驟2中調節pH為I. 5。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明以Fe(NO3)3 · 9H20為鐵源，偏釩酸銨(NH4VO3)為釩源，將鐵鹽和釩鹽按照Fe V = I I的摩爾配比分別溶於HNO3和NaOH 溶液中，以NaOH為礦化劑，pH控制在O. 5 4. 5，微波水熱反應溫度為200 250°C，保溫時間為60 120min，煅燒溫度為400 550°C並保溫40 lOOmin，合成了納米級的三斜相 FeVO4粉體。該方法作為一種新型環境友好的快速合成工藝，結合了微波獨特的加熱特性和水熱法的優點，工藝簡單易控，製備周期短，節省能源，得到的納米級粉體粒度分布均勻，形貌、晶相結構和比表面積可控，具有非常廣泛的應用前景；該方法工藝簡單，成本低具有其他一些方法不可比擬的優越性。

圖I是本發明方法所製備的三斜相釩酸鐵粉體的XRD圖(實施例2 pH = I. 5)；圖2是本發明方法所製備的三斜相釩酸鐵粉體的FESEM圖(實施例2 pH=l. 5)。
具體實施方式本發明以九水硝酸鐵[Fe(NO3)3 ·9Η20]為鐵源，偏釩酸銨(NH4VO3)為釩源，將鐵鹽和釩鹽按照Fe : V = I : I的摩爾配比分別溶於HNO3和NaOH溶液中，以NaOH為礦化劑， pH控制在O. 5 4. 5，微波水熱反應溫度為200 250°C，保溫時間為60 120min，煅燒溫度為400 550°C並保溫40 lOOmin，合成了三斜相FeVO4粉體。下面結合本發明優選的實施例本發明做進一步描述，原料均為分析純。實施例I :步驟I :將 O. 002mol Fe (NO3) 3 · 9H20 溶解於 20mL 濃度為 4mol/L 的 HNO3 溶液，將 O. 002mol NH4VO3溶解於20mL濃度為lmol/L的NaOH溶液中；步驟2 :將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌30min，然後用NaOH調節pH為
0.63，製得前驅物溶液；步驟3 :將前驅物溶液加入微波水熱反應釜中，填充比為50%，然後將反應釜置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為220°C，保溫時間為SOmin ；步驟4:待反應完成後，冷卻，取出反應釜中的棕黃色沉澱物，用去離子水洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌，最後在60°C下恆溫乾燥，得到粉體。步驟5 :將乾燥後的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至550°C並保溫80min，即得到了三斜相的FeVO4粉體。該粉體經XRD測試為三斜相FeVO4粉體。實施例2 步驟I :將 0.005mol Fe (NO3) 3 ·9Η20溶解於 20mL濃度為 2mol/LHN03溶液，O. 005mol NH4VO3溶解於20mL濃度為3mol/L NaOH溶液中；
步驟2 :將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌lOmin，然後用NaOH調節pH為
I.5，製得前驅物溶液；步驟3 :將前驅物溶液加入微波水熱反應釜中，填充比為60%，然後將反應釜置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為250°C，保溫時間為60min ；步驟4 :待反應完成後，冷卻，取出反應釜中的棕黃色沉澱物，用去離子水洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌，最後在60°C下恆溫乾燥，得到粉體。步驟5 :將乾燥後的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至500°C並保溫60min，即得到了三斜相的FeVO4粉體。用XRD測定實施例2所得FeVO4粉體的物相組成，從圖I中可以看出採用微波水熱法按照本發明的工藝可以製備出三斜相FeVO4粉體。圖2是本發明在pH = I. 5下製得的三斜相FeVO4粉體的FESEM圖(實施例2)。從圖中可以看出所制的三斜相FeVO4粉體為納米塊。實施例3 步驟I :將 O. 015mol Fe (NO3) 3 ·9Η20溶解於 20mL濃度為 ImoI/LHNO3溶液，O. 015mol NH4VO3溶解於20mL濃度為3mol/L NaOH溶液中；步驟2 :將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌20min，然後用NaOH調節pH為 4. 5，製得前驅物溶液；步驟3 :將前驅物溶液加入微波水熱反應釜中，填充比為55%，然後將反應釜置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為200°C，保溫時間為IOOmin ；步驟4 :待反應完成後，冷卻，取出反應釜中的棕黃色沉澱物，用去離子水洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌，最後在60°C下恆溫乾燥，得到粉體。步驟5 :將乾燥後的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至400°C並保溫lOOmin，即得到了三斜相的FeVO4粉體。該粉體經XRD測試為三斜相FeVO4粉體。實施例4 步驟I :將 O. 015mol Fe (NO3) 3 ·9Η20溶解於 20mL濃度為 lmol/LHN03溶液，O. 015mol NH4VO3溶解於20mL濃度為3mol/L NaOH溶液中；步驟2 :將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌50min，然後用NaOH調節pH為
O.5，製得前驅物溶液；步驟3 :將前驅物溶液加入微波水熱反應爸中，填充比為55%,然後將反應爸置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為200°C，保溫時間為120min ；步驟4 :待反應完成後，冷卻，取出反應釜中的棕黃色沉澱物，用去離子水洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌，最後在60°C下恆溫乾燥，得到粉體。步驟5 :將乾燥後的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至450°C並保溫40min，即得到了三斜相的FeVO4粉體。該粉體經XRD測試為三斜相FeVO4粉體。實施例5 步驟I :將 O. 015mol Fe (NO3) 3 ·9Η20溶解於 20mL濃度為 ImoI/LHNO3溶液，O. 015mol NH4VO3溶解於20mL濃度為3mol/L NaOH溶液中；步驟2 :將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌50min，然後用NaOH調節pH為 3. O，製得前驅物溶液；
步驟3 :將前驅物溶液加入微波水熱反應爸中，填充比為55%,然後將反應爸置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為250°C，保溫時間為IOOmin ；步驟4 :待反應完成後，冷卻，取出反應釜中的棕黃色沉澱物，用去離子水洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌，最後在60°C下恆溫乾燥，得到粉體。步驟5 :將乾燥後的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至500°C並保溫80min，即得到了三斜相的FeVO4粉體。該粉體經XRD測試為三斜相FeVO4粉體。以上所述僅為本發明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案採取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟I :將Fe (NO3) 3 · 9H20和NH4VO3按照Fe : V = I : I的摩爾配比分別溶解於HNO3 溶液和NaOH溶液中，其中HNO3溶液的濃度為I 4mol/L，NaOH溶液的濃度為I 3mol/L ；步驟2 :將步驟I製備的兩種溶液混合併攪拌均勻，然後用NaOH調節pH為O. 5 4. 5， 製得FeVO4前驅物溶液；步驟3 JfFeVO4前驅物溶液加入聚四氟乙烯為內襯的微波水熱反應釜中，填充比為 40 60%，然後將反應釜置於微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為200 250°C，保溫反應為60 120min ；步驟4:待反應溫度降至室溫後，將反應釜取出，將內襯中的上清液倒掉，收集沉澱，用去離子水將沉澱物洗滌至中性後，再用無水乙醇洗滌兩次，在60°C下恆溫乾燥的粉體；步驟5 :將乾燥後得到的粉體再在空氣氣氛下以3°C /min的速率從室溫升至400 550°C並保溫40 lOOmin，即得到了三斜相的FeVO4粉體。
2.根據權利要求I所述的一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，其特徵在於， 步驟I製備的兩種溶液混合後採用磁力攪拌器攪拌均勻，攪拌時間為10 30min。
3.根據權利要求I所述的一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，其特徵在於， 步驟I中，Fe (NO3) 3·9H20和HNO3溶液中溶質HNO3的摩爾比為(O. 002 O. 015) (O. 04 O.08) ；NH4VO3 和 NaOH 溶液中溶質 NaOH 的摩爾比為(O. 002 O. 015) (O. 02 O. 08)。
4.根據權利要求I所述的一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，其特徵在於， 步驟2中，NaOH為礦化劑。
5.根據權利要求I所述的一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法,其特徵在於， 步驟2中調節pH為I. 5。
全文摘要
本發明公開了一種微波水熱法合成三斜相FeVO4粉體的方法，以Fe(NO3)3·9H2O為鐵源，NH4VO3為釩源，將鐵源和釩源按照Fe∶V＝1∶1的摩爾配比分別溶於HNO3和NaOH溶液中，以NaOH為礦化劑，前驅液pH控制在0.5～4.5，微波水熱反應溫度為200～250℃，保溫時間為40～100min；產物經洗滌，乾燥後，再在空氣氣氛下以3℃/min的速率從室溫升至400～550℃並保溫40～100min，即得到了三斜相的FeVO4粉體。該方法結合了微波獨特的加熱特性和傳統水熱法的優點，工藝簡單易控，製備周期短，節省能源，目標產物粒子分布均勻，形貌、晶相結構和比表面積可控，具有廣泛的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102583570SQ20121004437
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者夏傲, 林菡, 談國強 申請人:陝西科技大學