一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法

2023-09-19 02:02:35 2

專利名稱：一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種液相合成一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法， 一維單 晶0C-Bi2O3納米材料，屬於無機化工技術領域。
背景技術：
氧化鉍是一種重要的功能材料，具有a、 P、 y和ct四種晶型，分別屬於單 斜結構、四方結構、體心立方結構和面心立方結構，由於其晶體結構中含有 大量的氧空位，氧離子導電性好，可用來製作固態氧化物燃料電池電解質、 氧傳感器和高純氧發生器等。近來，研究表明a-Bi203具有較好的可見光催化 活性，已經廣泛地用來進行光催化降解有機氯汙染物、含亞硝酸鹽廢水、甲 基橙脫色等。納米級的a-Bi203粉末能大大提高其催化活性，可以預見納米 Bi203粉末不僅能改善提高其在現有應用領域的性能，並且能擴展出新的應用 領域。
自1991年Iijima等發現碳納米管以來， 一維材料的各向異性結構及由此 產生的優異物化性能，引起了廣大學者極高的研究興趣。 一維結構的納米材 料既是研究其它低維材料的基礎，又與納米電子器件及微型傳感器件密切相 關。 一維金屬氧化物在充電電池、電化學元件、傳感器和催化方面的潛在應 用價值使之成為研究熱點之一。儘管金屬氧化物一維材料的製備和表徵得到 很大發展，但在合成一維納米氧化鉍時卻遇到了極大困難。直到2006年，德 國《先進材料》(Advanced Materials)雜誌第18巻2604頁才首次報導了利用 氧化金屬鉍氣相輸運沉積工藝製備一維Bi203納米線的方法，隨後又相繼報導 了採用化學氣相沉積、氧化金屬鉍納米管、模板熱處理等方法合成一維納米 氧化鉍(參見Small 2006, 2, 548; Eur. J. Inorg. Chem. 2004, 9, 1785; PhysicaE 2007,39,133; Nanotechnology 2007, 18, 1 )。這些方法的共同缺點是需要 在較高的溫度下氣相合成，這一方面增加了製備成本，另一方面得到的氧化 鉍為卩和a相，不能得到低溫穩定的oc相。液相合成法一直是成本低廉並易於實 現規模化工業生產的製備方法。但是，迄今為止未見有文獻報導利用液相法 製備一維單晶納米a-Bi203。因此，研究和探索工藝簡單、成本相對低廉的工 藝方法來製備一維納米a-Bi203具有很大的現實意義。本發明提供了一種新型綠色化學方法來製備一維單晶氧化鉍納米材料。 發明內容本發明的目的是提供一種一維單晶OC-Bi203納米材料的液相合成方法，該方法可以在較低的溫度條件下，採用廉價易得的原料，大量合成一維單晶oc-Bi203納米材料，填補Ta-Bi203 —維單晶納米材料製備方面的空白。本發明的技術解決方案是一種一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法，其特點是該方法包括下列步驟① a相氧化鉍為原料，所用的礦化劑為硫酸鹽，所述的a相氧化鉍與硫酸 鹽的摩爾比為1/3 ~ 1/50，溶劑為水，在加入去離子水後，a相氧化鉍原料 濃度為0.01M l.OM;② 將所述的原料和礦化劑在去離子水中分散均勻後，裝入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中；③ 將反應釜放入烘箱中，在11(TC 20(TC的溫度範圍內保溫2小時~48 小時，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色的一維單 晶a-Bi203納米材料。所述的硫酸鹽為硫酸鉀、硫酸氨、硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸銣、硫酸銫、 硫酸鎂或硫酸鋅。本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果本發明採用廉價的a-Bi203粉末和硫酸鹽為原料，利用水熱的方法，製備 出了與原料具有相同結構，比表面積大、尺寸分布比較均一的一維單晶a-Bi203 納米材料。該方法的原料價廉易得，設備簡單，操作安全可靠，易於實現控 制；對環境沒有汙染；產品產率高，製備工藝重複性好。該單晶納米材料在 電、熱、光等物理性質的限制傳輸，光催化，傳感器製備等很多領域中有廣 泛的應用。


圖1是原料和實施例1所製得的產物的X-射線衍射圖 圖2為實施例1所製得a-Bi203納米帶的掃描電鏡圖具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不止局限於以下實施例。實施例1:稱取O.lmmol a-Bi203粉末、0.3 mmol硫酸鉀至於23mL的不鏽鋼耐壓反 應釜中，加入10mL去離子水，攪拌使其分散均勻。密封反應釜，在16(TC反 應24h後，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗漆後，得到淡黃色粉末。 產物經X射線粉末衍射鑑定為a相氧化鉍與原料具有相同的結構。掃描電鏡表 明原料為不規則的微米級CX-Bi203顆粒，經實施例l所述方法處理後，可以得 到形貌獨特、尺寸分布比較均一的一維單晶a-Bi203納米材料(圖2)，其長 度可達幾十微米。另夕卜，原料a-Bi2O3的比表面積僅為0.2m^'1，產物的比表 面積可增大到10.07m2g—、實施例2:稱取0.5mmo1 06-81203粉末、lOmmol硫酸鉀至於23mL的不鏽鋼耐壓反 應釜中，加入10mL去離子水，攪拌使其分散均勻。密封反應釜，在20(TC反 應10h後，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色粉末。 產物經X射線粉末衍射鑑定為cx相氧化鉍。單根納米材料選區電子衍射證明產 物為單晶，其寬度為50nm左右。實施例3:稱取lOmmol a-Bi203粉末、50mmo1硫酸f美至於100mL的不鏽鋼耐壓反 應釜中，加入30mL去離子水，攪拌使其分散均勻。密封反應釜，在18(TC反 應48h後，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色粉末。 產物經X射線粉末衍射鑑定為a相氧化鉍。掃描電鏡表明產物為形貌獨特、尺 寸分布比較均一的一維單晶a-Bi203納米材料。實施例4:稱取lmmol a-Bi20s粉末、30mmo1硫酸鉀至於100mL的不鏽鋼耐壓反應 釜中，加入15mL去離子水，攪拌使其分散均勻。密封反應釜，在12(TC反應 48h後，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色粉末。產 物經X射線粉末衍射鑑定為a相氧化鉍。掃描電鏡表明產物為形貌獨特、尺寸 分布比較均一的一維單晶a-Bi203納米材料。實施例5:稱取20mmo1 01-81203粉末、lOOmmol硫酸鈉至於100mL的不鏽鋼耐壓反應釜中，加入20mL去離子水，攪拌使其分散均勻。密封反應釜，在16(TC反 應24h後，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色粉末。 產物經X射線粉末衍射鑑定為a相氧化鉍。掃描電鏡表明產物為形貌獨特、尺
寸分布比較均一的一維單晶0C-Bi2O3納米材料。
權利要求
1、 一種一維單晶氧化秘納米材料的合成方法，其特徵在於該方法包括下 列步驟① a相氧化鉍為原料，所用的礦化劑為硫酸鹽，所述的a相氧化鉍與硫酸 鹽的摩爾比為1/3 ~ 1/50，溶劑為水，在加入去離子水後，a相氧化鉍原料濃 度為0.01M~ 1.0M;② 將所述的原料和礦化劑在去離子水中分散均勻後，裝入帶聚四氟乙烯 內襯的反應釜中；③ 將反應釜放入烘箱中，在110°C~ 20(TC的溫度範圍內保溫2小時~ 48 小時，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色的一維單 晶a-Bi203納米材料。
2、 根據權利要求1所述的一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法，其特徵 在於所述的硫酸鹽為硫酸鉀、硫酸氨、硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸銣、硫酸銫、 硫酸鎂或硫酸鋅。
全文摘要
一種一維單晶氧化鉍納米材料的合成方法，包括下列步驟①α相氧化鉍為原料，所用的礦化劑為硫酸鹽，所述的α相氧化鉍與硫酸鹽的摩爾比為1/3～1/50，溶劑為水，在加入去離子水後，α相氧化鉍原料濃度為0.01M～1.0M；②將所述的原料和礦化劑在去離子水中分散均勻後，裝入帶聚四氟乙烯內襯的反應釜中；③將反應釜放入烘箱中，在110℃～200℃的溫度範圍內保溫2小時～48小時，冷卻至室溫，以漏鬥抽濾，經去離子水洗滌後，得到淡黃色的一維單晶α-Bi2O3納米材料。本方法的原料價廉易得，設備簡單，操作安全可靠；對環境沒有汙染；產品具有較大的比表面積，產率高，製備工藝重複性好。
文檔編號C30B7/00GK101311360SQ20081003610
公開日2008年11月26日 申請日期2008年4月16日 優先權日2008年4月16日
發明者瑩 周, 顧冬紅 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所