本發(fā)明屬于無機納米材料合成領域，具體地說，涉及一種具有微納分級結構的海膽狀五氧化二鈮微球及其制備方法。

背景技術：

五氧化二鈮(Nb₂O₅)是一種n型半導體材料，禁帶寬度為3.4eV，被廣泛應用于光催化、光敏化染料電池、電容器和鋰離子電池等領域。當前，大量研究成果證實材料的性能與其尺寸和形貌等有密切的關系。例如，Sasidharan等人(M.Sasidharan,et al.Nb₂O₅hollow nanospheres as anode material for enhanced performance in lithium ion batteries.Materrial Research Bulletin 47(2012)2161-2164.)合成出空心納米球形Nb₂O₅，作為鋰離子電池負極表現(xiàn)出較好的電化學性能。近年來，由納米單元組裝的整體在微米級的微納分級結構材料因其不僅具有納米單元的優(yōu)點而且一些特有的物理化學特性(比如協(xié)同效應和耦合效應等)，引起了研究者的重點關注。Lu等人(H.Lu,K.Xiang,et al.Urchin-shaped Nb₂O₅microspheres synthesized by the facile hydrothermal method and their lithium ion storage performance.Materials Letters,167(2006)106-108)合成出海膽狀Nb₂O₅微球，用作鋰離子電池負極材料表現(xiàn)出較好的電化學性能。專利一種五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法及其作為光催化劑的應用(申請?zhí)枺?01510900901.0，申請日：2015-12-09，公開號：CN105384193A，公開日：2016-03-09)報道了一種Nb₂O₅海膽狀納米微球，用作光催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

形貌結構對五氧化二鈮的性能具有很大影響，目前還鮮有關于具有微納分級結構的海膽狀五氧化二鈮微球的文獻報道。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明針對上述的問題，提供了一種具有微納分級結構的海膽狀五氧化二鈮微球及其制備方法，采用該方法制備的海膽狀Nb₂O₅形貌規(guī)則、分散性好，可廣泛應用于光催化、光敏化染料電池、鋰離子電池和電容器等領域。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種具有微納分級結構的海膽狀五氧化二鈮微球的制備方法，暫時不寫。

進一步地，包括以下步驟：

步驟1)、在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按一定比例加入到去離子水中，攪拌0.1-24小時；

步驟2)、將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中加熱反應；

步驟3)、將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于真空干燥箱中干燥；

步驟4)、將步驟3)所得粉體置于管式爐中焙燒，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

進一步地，步驟1)制備得到的溶液中鈮的濃度為0.022-0.028mol/L。

進一步地，步驟1)中草酸鈮與氟化氫銨的摩爾比為1:0.1-1:0.6。

進一步地，步驟2)中加熱溫度為178-185℃，加熱時間為20-30小時。

進一步地，步驟3)中的真空干燥溫度為60-120℃。

進一步地，步驟4)中的焙燒溫度為600-1000℃，焙燒時間為0.5-1.5小時。

本發(fā)明還公開了一種由上述的制備方法制備得到的具有微納分級結構的海膽狀五氧化二鈮微球。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術效果：

1)本發(fā)明合成的海膽狀Nb₂O₅微球是由納米細絲組裝形成的，納米細絲的直徑約為5-20納米，微球的直徑約為1微米，且具有較好的分散性。

2)本發(fā)明合成的海膽狀Nb₂O₅微球比表面積大，不僅具有納米結構的優(yōu)點，而且具有一些特有的物理化學特性(比如協(xié)同效應等)。

3)本發(fā)明合成的海膽狀Nb₂O₅微球在光催化、光敏化染料電池、電容器和鋰離子電池等領域具有潛在的應用價值。

4)本發(fā)明具有工藝簡單，反應可控性強，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例1制備海膽狀Nb₂O₅微球的X-射線衍射圖；

圖2是本發(fā)明實施例1制備海膽狀Nb₂O₅微球的掃描電鏡(SEM)照片；

圖3是本發(fā)明實施例1制備海膽狀Nb₂O₅微球的透射電鏡(TEM)照片；

圖4是本發(fā)明對比例1制備得到的產(chǎn)品的掃描電鏡(SEM)照片；

圖5是本發(fā)明對比例2制備得到的產(chǎn)品的掃描電鏡(SEM)照片。

具體實施方式

以下將配合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，藉此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

實施例1

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.5加入到去離子水中，攪拌24小時，其中溶液中鈮的濃度為0.026mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在180℃下加熱反應24小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于溫度為80℃的真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在600℃下焙燒1小時，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

如圖1所示，樣品的衍射峰與PDF卡片中Nb₂O₅的標準衍射峰吻合，沒有發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)峰，說明合成的樣品較純。如圖2所示，樣品具有規(guī)則的海膽狀微球形貌，且具有較好的分散性。如圖3所示，海膽狀Nb₂O₅是由大量納米帶構筑而成。

實施例2

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.1加入到去離子水中，攪拌14小時，其中溶液中鈮的濃度為0.022mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在178℃下加熱反應30小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于溫度為110℃的真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在600℃下焙燒1.5小時，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

實施例3

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.6加入到去離子水中，攪拌10小時，其中溶液中鈮的濃度為0.028mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在180℃下加熱反應20小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于溫度為100℃的真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在1000℃下焙燒0.5小時，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

實施例4

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.4加入到去離子水中，攪拌3小時，其中溶液中鈮的濃度為0.024mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在185℃下加熱反應24小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在800℃下焙燒1.2小時，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

實施例5

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.3加入到去離子水中，攪拌0.1小時，其中溶液中鈮的濃度為0.027mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在182℃下加熱反應28小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于溫度為120℃的真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在900℃下焙燒1小時，即得具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。

對比例1

步驟1)在攪拌條件下將五氯化鈮和氟化氫銨按摩爾比為1:0.5加入到去離子水中，攪拌24小時，其中溶液中鈮的濃度為0.026mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在180℃下加熱反應24小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在600℃下焙燒1小時，得不到具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。如圖4所示，樣品呈現(xiàn)出無規(guī)則形貌。

對比例2

步驟1)在攪拌條件下將草酸鈮銨和氟化氫銨按摩爾比為1:0.5加入到去離子水中，攪拌24小時，其中溶液中鈮的濃度為0.026mol/L；

步驟2)將步驟1)所得溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，置于恒溫干燥箱中，在180℃下加熱反應24小時；

步驟3)將步驟2)所得反應沉淀物分別用乙醇和去離子水洗滌3-9次，然后置于真空干燥箱中干燥；

步驟4)將步驟3)所得粉體置于管式爐中，在600℃下焙燒1小時，得不到具有微納分級結構的海膽狀Nb₂O₅微球。如圖5所示，樣品呈現(xiàn)出不均勻的塊狀形貌。

上述說明示出并描述了發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應當理解發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離發(fā)明的精神和范圍，則都應在發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。