五氧化二钽的应用

概述^[1][2]

五氧化二钽亦称“钽酸酐”，白色斜方晶体。其化学性质较稳定，耐一般的酸和碱，加热时不被氯化氢或溴化氢侵蚀。与碱金属的氢氧化物或碳酸盐共熔能得到相应的不溶性钽酸盐，用水洗涤则水解生成水合五氧化二钽沉淀。目前，传统的高纯五氧化二钽是用液-液萃取分离钽铌过程中的钽液来制取，先将钽液打入中和沉淀槽，在搅拌下通入NH3气，使溶液PH＝8-9，生成Ta(OH)5沉淀，然后将它通过压滤机或真空过滤。然后将氢氧化钽重新放入分解槽中，加入氢氟酸和硫酸溶解，用有机物进行二次萃取得到高纯钽液，高纯钽液用经过净化的氨水中和得到高纯氢氧化钽。高纯氢氧化钽在马弗炉中煅烧、冷却、过筛，得到高纯五氧化二钽产品。

制备^[2]

步骤1、用液-液萃取法从不纯的钽液材料中制得高纯钽液，先将钽液打入中和沉淀槽，在搅拌下通入NH3气，使溶液PH＝8-9，生成Ta(OH)5沉淀，然后将它通过压滤机或真空过滤。然后将氢氧化钽重新放入分解槽中，加入氢氟酸和硫酸溶解，用有机物进行二次萃取得到高纯钽液；

步骤2、将高纯钽液通氨中和至PH＞9，生成氢氧化钽；

步骤3、然后将Ta(OH)5转入真空过滤水洗槽中，用纯水进行洗涤、过滤，洗至滤液含F＜0.02g/L，洗涤合格后转入烘干箱中烘干；

步骤4、将烘干后的高纯氢氧化钽按如下步骤进行分段煅烧：

(1)先升温到200℃，保温2小时；

(2)再升温到500℃，保温5小时；

(3)再升温到650℃，保温2小时；

(4)再升温到800℃，保温4小时；

(5)降温到200℃后出炉过筛即得高纯五氧化二钽。

应用^[3-6]

五氧化二钽用于制备金属钽、光学玻璃、电子仪器和碳化钽的中间体。其应用例如下：

1）制备五氧化二钽纳米颗粒/石墨烯复合光催化剂，以氧化石墨为基体，利用商用五氧化二钽配置了所述催化剂的前驱体，通过双氧水等试剂对五氧化二钽前驱液的调节，辅助超声的方法，实现了五氧化二钽纳米颗粒在石墨烯表面的生长，得到了五氧化二钽纳米颗粒/石墨烯复合光催化剂。所制备得到的五氧化二钽纳米颗粒/石墨烯复合光催化剂，由于石墨烯的电子接收作用，以及纳米五氧化二钽的紫外光催化性，在光催化分解有机污染物、光解水制氢等方面具有广阔的应用前景。

2）以五氧化二钽作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池：将五氯化钽溶于醇中，制备浓度为0.01mol/L-0.06mol/L的前驱体溶液；将前驱体溶液涂覆在透明导电基底上，然后在500-600℃下退火，以在导电基底的表面形成一层厚度为5nm-60nm的五氧化二钽薄膜；将钙钛矿前驱体溶液涂覆在五氧化二钽薄膜的表面，然后在100-110℃下退火，以在五氧化二钽薄膜的表面形成厚度为400nm-500nm的钙钛矿吸光层；在钙钛矿吸光层的表面依次修饰空穴传输层和金属电极，得到钙钛矿太阳能电池。本发明的方法工艺简单，成本低，采用五氧化二钽薄膜作为电子传输层，可加速电子的迁移能力并且提高光的利用率。

3）制备高密度五氧化二钽膜料，将五氧化二钽粉末放入真空石墨炉中热压成型；包括以下步骤：(1)采用机械泵抽真空到1×103～5×103Pa，再打开扩散泵抽真空到1×10-3～5×10-3Pa；然后充入氩气进行保护，升温到1300～1600℃；(2)保持温度处于1300～1600℃，并加压到18～25MPa，保温时间25～35min，在保温期间通惰性气体氩气保护，使烧结环境状态压力在1×103～1×104Pa之间；(3)以3～7℃/min的冷却速度冷却至室温，即得高密度五氧化二钽膜料。本发明通过高温加压的方式实现了材料的进一步致密化，简化了传统五氧化二钽生产流程，且通过高温加压的方式可以制备出致密度更高，纯度更高的镀膜材料。

4)制备一种梭形五氧化二钽光催化剂，包括：将金属钽粉分散在超纯水中置于内衬中，将氢氟酸和过氧化氢溶液均匀混合后置于第二内衬中，进行水热反应；反应结束后自然冷却，将内衬中的悬浊液离心、清洗、干燥，即得。本发明制备方法简单，可重复性好，制得的梭形五氧化二钽结晶度高，形貌可控，光催化效率高，在光解水制氢及水处理等方面具有广阔的应用前景。

主要参考资料

[1] 化学词典

[2]CN200910039874.7低氟高纯五氧化二钽的制取方法

[3]CN201310044607.5五氧化二钽纳米颗粒/石墨烯复合光催化剂的制备方法

[4]CN201810279046.X以五氧化二钽作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备

[5]CN201710093722.X一种高密度五氧化二钽膜料制备方法

[6]CN201811216189.2一种梭形五氧化二钽光催化剂的制备方法