一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料及其製備方法

2023-07-24 21:57:26 6

專利名稱：一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳酸氧鉍材料，特別涉及一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花 材料及其製備方法，屬於功能材料的製備技術領域。
背景技術：
眾所周知，由於結構和性能的相互關係，無機材料的物理/化學性質強烈依賴於 它們的微觀結構，包括顆粒尺寸、形貌、表面積與體積比等。因此，合成出符合要求的微觀結 構是十分必要的。這些微結構材料在生物醫學、微電子、催化以及氣敏等方面有重要的應用 前景。而三維層次結構結合了納米顆粒及其集合體的特徵。現在，越來越多的研究已經轉 移到低維納米材料自組裝成三維分等級結構的微觀結構上來。到目前為止，很多功能材料 的三維層次結構，包括金屬氧化物、硫化物、氫氧化物以及其他礦物質，都已經成功的用各 種方法製備出來。其中，基於溶液相的製備途徑，因其簡單易行，成本低廉，可實現大規模生產而無 疑是最有廣闊前景的。一般而言，為了實現材料的定向維度，人們一般藉助於硬模板或軟模 板來調控這種微/納米結構的成核、生長及自組裝過程。然而，模板法往往引入不需要的雜 質，並且使製備過程複雜化。因此，考慮到合成具有分等級結構的微/納米結構材料的實際 條件，發明一種簡單易行、基於溶液相的免模板製備方法，是很有必要的。

發明內容
本發明針對普遍製備具有分等級結構的微/納米材料的方法的複雜化問題，提供 了一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料，該種碳酸氧鉍微米花具有大比表面積、分 等級結構。本發明的另一目的是提供了一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備 方法，該方法成本低廉，不需要模板，易於大規模生產。本發明採取的技術方案為
一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料，化學式是Bi2O2CO3,其結構特點為由二維 納米薄片交錯排列而形成的花狀，平均直徑在3-4 μ m。上述具有分等級結構的Bi2O2CO3微米花材料的製備方法包括以下步驟
(1)將硝酸鉍首先溶解在稀硝酸裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸鈉溶液中，產生 大量白色沉澱，攪拌10-60分鐘後，置於50-80°C下保溫一定時間；
(2)將沉澱分別用去離子水和乙醇洗滌過濾，然後烘乾，即得Bi2O2CO3微米花結構的 材料。步驟(1)所述的硝酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為1:3-1:9 ；稀硝酸的濃度為lmol/L ；硝酸鉍與硝酸的用量摩爾比例為2 :5，碳酸鈉溶液的濃度範圍在0. 3-0. 9mol/L ；所述的保溫 時間為10-12小時。步驟(2)所述的烘乾為在60_80°C下烘乾5-7小時。
所述的硝酸鉍和碳酸鈉的摩爾比為優選為1:6。本發明的製備方法在低溫常壓下即可實施，耗時短，成本低，設備簡單易操作，且可大規模生產。由於製備出的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料由較大的比表面積， 在製藥和殺菌方面具有重要的實際應用；同時，這種大比表面積的材料在光催化降解有機 汙染物方面也有較好的性能。


圖1為本發明製得的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的掃描電鏡照片； 圖2為圖1的放大圖3為圖2的放大圖4為本發明製得的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的X射線衍射圖譜； 圖5為可見光下甲基橙在不同光催化劑上的光催化降解效率(a)不加光催化劑，(b) 商品化的Bi2O2CO3, (c)本發明Bi3+/C032_的摩爾比為1 :3條件下製備的Bi2O2CO3, (d)本發 明Bi3+/C032_的摩爾比為1 :9條件下製備的Bi2O2CO3, (e)本發明Bi3+/C032_的摩爾比為1 :6 條件下製備的Bi2O2CO3微米花。
具體實施例方式實施例1
具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備
(1)將3. 88g的硝酸鉍首先溶解在IM稀硝酸(20mL)裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸 鈉溶液中，硝酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為1:3，產生大量白色沉澱，磁力攪拌30分鐘後，置於 60°C下保溫12小時。(2)分別用去離子水和乙醇洗滌過濾，然後60 V下烘乾6小時，即得Bi2O2CO3材料。實施例2
具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備
(1)將3. 88g的硝酸鉍首先溶解在IM稀硝酸(20mL)裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸 鈉溶液中，硝酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為1:6，產生大量白色沉澱，磁力攪拌30分鐘後，置於 60°C下保溫12小時。(2)分別用去離子水和乙醇洗滌過濾，然後在60°C下烘乾6小時，即得Bi2O2CO3材 料。實施例3
具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備
(1)將3. 88g的硝酸鉍首先溶解在IM稀硝酸(20mL)裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸 鈉溶液中，硝酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為1:9，產生大量白色沉澱，磁力攪拌30分鐘後，置於 60°C下保溫12小時。(2)分別用去離子水和乙醇洗滌過濾，然後在60°C下烘乾6小時，即得Bi2O2CO3材 料。實施例4
具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的結構測試化學式是Bi2O2CO3,由二維納米薄片交錯排列而形成的微米花，平均直徑在3 μ m左右，掃描電鏡照片見圖1、2、3，X射線衍射圖譜見圖4。具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的光催化性能測試
測試方法簡述將0. 1克光催化劑放入IOOml甲基橙溶液(IOOOml水中加入20毫克甲 基橙)，在磁力攪拌下，用300瓦氙燈照射溶液。每30分鐘取樣一次，用分光光度計測量所 取樣溶液的透過率。結果小結按本發明製備的碳酸氧鉍微米花材料的光催化性能大大優於商品化碳 酸氧鉍。其中Bi3+/C032_的摩爾比為1 :6條件下製備的Bi2O2CO3微米花光催化性能最好(見 圖5)。
權利要求
一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料，其特徵是，它為由二維納米薄片交錯排列而形成的花狀，平均直徑在3 -4μm。
2.一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵是，包括以下步驟(1)將硝酸鉍首先溶解在稀硝酸裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸鈉溶液中，產生大量 白色沉澱，攪拌10-60分鐘後，置於50-80°C下保溫一定時間；(2)將沉澱分別用去離子水和乙醇洗滌過濾，然後烘乾，即得Bi2O2CO3微米花結構的材料。
3.按照權利要求2所述的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵 是，所述的硝酸鉍與碳酸鈉的摩爾比為1 3-1 9，碳酸鈉溶液的濃度範圍在0. 3-0. 9mol/L。
4.按照權利要求3所述的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵 是，所述的硝酸鉍和碳酸鈉的摩爾比為1:6。
5.按照權利要求2所述的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵 是，硝酸鉍與硝酸的用量摩爾比例為2 :5。
6.按照權利要求2所述的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵 是，所述的保溫時間為10-12小時。
7.按照權利要求2所述的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料的製備方法，其特徵 是，步驟(2)所述的烘乾為在60-80°C下烘乾5-7小時。
全文摘要
本發明涉及一種具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料，其結構特點為由二維納米薄片交錯排列而形成的花狀，平均直徑在3-4μm。該種材料將硝酸鉍首先溶解在稀硝酸裡面，然後逐滴加入到過量的碳酸鈉溶液中反應製得。本發明的製備方法在低溫常壓下即可實施，耗時短，成本低，設備簡單易操作，且可大規模生產。由於製備出的具有分等級結構的碳酸氧鉍微米花材料由較大的比表面積，在製藥和殺菌方面具有重要的實際應用；同時，這種大比表面積的材料在光催化降解有機汙染物方面也有較好的性能。
文檔編號C01G29/00GK101817555SQ20101013228
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月25日 優先權日2010年3月25日
發明者秦曉燕, 程合鋒, 黃柏標 申請人:山東大學