专利名称：一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳酸氧铋材料，特别涉及一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花 材料及其制备方法，属于功能材料的制备技术领域。
背景技术：
众所周知，由于结构和性能的相互关系，无机材料的物理/化学性质强烈依赖于 它们的微观结构，包括颗粒尺寸、形貌、表面积与体积比等。因此，合成出符合要求的微观结 构是十分必要的。这些微结构材料在生物医学、微电子、催化以及气敏等方面有重要的应用 前景。而三维层次结构结合了纳米颗粒及其集合体的特征。现在，越来越多的研究已经转 移到低维纳米材料自组装成三维分等级结构的微观结构上来。到目前为止，很多功能材料 的三维层次结构，包括金属氧化物、硫化物、氢氧化物以及其他矿物质，都已经成功的用各 种方法制备出来。其中，基于溶液相的制备途径，因其简单易行，成本低廉，可实现大规模生产而无 疑是最有广阔前景的。一般而言，为了实现材料的定向维度，人们一般借助于硬模板或软模 板来调控这种微/纳米结构的成核、生长及自组装过程。然而，模板法往往引入不需要的杂 质，并且使制备过程复杂化。因此，考虑到合成具有分等级结构的微/纳米结构材料的实际 条件，发明一种简单易行、基于溶液相的免模板制备方法，是很有必要的。
发明内容
本发明针对普遍制备具有分等级结构的微/纳米材料的方法的复杂化问题，提供 了一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料，该种碳酸氧铋微米花具有大比表面积、分 等级结构。本发明的另一目的是提供了一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备 方法，该方法成本低廉，不需要模板，易于大规模生产。本发明采取的技术方案为
一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料，化学式是Bi2O2CO3,其结构特点为由二维 纳米薄片交错排列而形成的花状，平均直径在3-4 μ m。上述具有分等级结构的Bi2O2CO3微米花材料的制备方法包括以下步骤
(1)将硝酸铋首先溶解在稀硝酸里面，然后逐滴加入到过量的碳酸钠溶液中，产生 大量白色沉淀，搅拌10-60分钟后，置于50-80°C下保温一定时间；
(2)将沉淀分别用去离子水和乙醇洗涤过滤，然后烘干，即得Bi2O2CO3微米花结构的 材料。步骤(1)所述的硝酸铋与碳酸钠的摩尔比为1:3-1:9 ；稀硝酸的浓度为lmol/L ；硝酸铋与硝酸的用量摩尔比例为2 :5，碳酸钠溶液的浓度范围在0. 3-0. 9mol/L ；所述的保温 时间为10-12小时。步骤(2)所述的烘干为在60_80°C下烘干5-7小时。
所述的硝酸铋和碳酸钠的摩尔比为优选为1:6。本发明的制备方法在低温常压下即可实施，耗时短，成本低，设备简单易操作，且可大规模生产。由于制备出的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料由较大的比表面积， 在制药和杀菌方面具有重要的实际应用；同时，这种大比表面积的材料在光催化降解有机 污染物方面也有较好的性能。
图1为本发明制得的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的扫描电镜照片； 图2为图1的放大图3为图2的放大图4为本发明制得的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的X射线衍射图谱； 图5为可见光下甲基橙在不同光催化剂上的光催化降解效率(a)不加光催化剂，(b) 商品化的Bi2O2CO3, (c)本发明Bi3+/C032_的摩尔比为1 :3条件下制备的Bi2O2CO3, (d)本发 明Bi3+/C032_的摩尔比为1 :9条件下制备的Bi2O2CO3, (e)本发明Bi3+/C032_的摩尔比为1 :6 条件下制备的Bi2O2CO3微米花。
具体实施例方式实施例1
具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备
(1)将3. 88g的硝酸铋首先溶解在IM稀硝酸(20mL)里面，然后逐滴加入到过量的碳酸 钠溶液中，硝酸铋与碳酸钠的摩尔比为1:3，产生大量白色沉淀，磁力搅拌30分钟后，置于 60°C下保温12小时。(2)分别用去离子水和乙醇洗涤过滤，然后60 V下烘干6小时，即得Bi2O2CO3材料。实施例2
具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备
(1)将3. 88g的硝酸铋首先溶解在IM稀硝酸(20mL)里面，然后逐滴加入到过量的碳酸 钠溶液中，硝酸铋与碳酸钠的摩尔比为1:6，产生大量白色沉淀，磁力搅拌30分钟后，置于 60°C下保温12小时。(2)分别用去离子水和乙醇洗涤过滤，然后在60°C下烘干6小时，即得Bi2O2CO3材 料。实施例3
具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备
(1)将3. 88g的硝酸铋首先溶解在IM稀硝酸(20mL)里面，然后逐滴加入到过量的碳酸 钠溶液中，硝酸铋与碳酸钠的摩尔比为1:9，产生大量白色沉淀，磁力搅拌30分钟后，置于 60°C下保温12小时。(2)分别用去离子水和乙醇洗涤过滤，然后在60°C下烘干6小时，即得Bi2O2CO3材 料。实施例4
具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的结构测试化学式是Bi2O2CO3,由二维纳米薄片交错排列而形成的微米花，平均直径在3 μ m左右，扫描电镜照片见图1、2、3，X射线衍射图谱见图4。具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的光催化性能测试
测试方法简述将0. 1克光催化剂放入IOOml甲基橙溶液(IOOOml水中加入20毫克甲 基橙)，在磁力搅拌下，用300瓦氙灯照射溶液。每30分钟取样一次，用分光光度计测量所 取样溶液的透过率。结果小结按本发明制备的碳酸氧铋微米花材料的光催化性能大大优于商品化碳 酸氧铋。其中Bi3+/C032_的摩尔比为1 :6条件下制备的Bi2O2CO3微米花光催化性能最好(见 图5)。
权利要求
一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料，其特征是，它为由二维纳米薄片交错排列而形成的花状，平均直径在3 -4μm。
2.一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤(1)将硝酸铋首先溶解在稀硝酸里面，然后逐滴加入到过量的碳酸钠溶液中，产生大量 白色沉淀，搅拌10-60分钟后，置于50-80°C下保温一定时间；(2)将沉淀分别用去离子水和乙醇洗涤过滤，然后烘干，即得Bi2O2CO3微米花结构的材料。
3.按照权利要求2所述的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征 是，所述的硝酸铋与碳酸钠的摩尔比为1 3-1 9，碳酸钠溶液的浓度范围在0. 3-0. 9mol/L。
4.按照权利要求3所述的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征 是，所述的硝酸铋和碳酸钠的摩尔比为1:6。
5.按照权利要求2所述的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征 是，硝酸铋与硝酸的用量摩尔比例为2 :5。
6.按照权利要求2所述的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征 是，所述的保温时间为10-12小时。
7.按照权利要求2所述的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料的制备方法，其特征 是，步骤(2)所述的烘干为在60-80°C下烘干5-7小时。
全文摘要
本发明涉及一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料，其结构特点为由二维纳米薄片交错排列而形成的花状，平均直径在3-4μm。该种材料将硝酸铋首先溶解在稀硝酸里面，然后逐滴加入到过量的碳酸钠溶液中反应制得。本发明的制备方法在低温常压下即可实施，耗时短，成本低，设备简单易操作，且可大规模生产。由于制备出的具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料由较大的比表面积，在制药和杀菌方面具有重要的实际应用；同时，这种大比表面积的材料在光催化降解有机污染物方面也有较好的性能。
文档编号C01G29/00GK101817555SQ20101013228
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者秦晓燕, 程合锋, 黄柏标 申请人:山东大学