专利名称：一维单晶氧化铋纳米材料的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种液相合成一维单晶氧化铋纳米材料的合成方法， 一维单 晶0C-Bi2O3纳米材料，属于无机化工技术领域。
背景技术：
氧化铋是一种重要的功能材料，具有a、 P、 y和ct四种晶型，分别属于单 斜结构、四方结构、体心立方结构和面心立方结构，由于其晶体结构中含有 大量的氧空位，氧离子导电性好，可用来制作固态氧化物燃料电池电解质、 氧传感器和高纯氧发生器等。近来，研究表明a-Bi203具有较好的可见光催化 活性，已经广泛地用来进行光催化降解有机氯污染物、含亚硝酸盐废水、甲 基橙脱色等。纳米级的a-Bi203粉末能大大提高其催化活性，可以预见纳米 Bi203粉末不仅能改善提高其在现有应用领域的性能，并且能扩展出新的应用 领域。
自1991年Iijima等发现碳纳米管以来， 一维材料的各向异性结构及由此 产生的优异物化性能，引起了广大学者极高的研究兴趣。 一维结构的纳米材 料既是研究其它低维材料的基础，又与纳米电子器件及微型传感器件密切相 关。 一维金属氧化物在充电电池、电化学元件、传感器和催化方面的潜在应 用价值使之成为研究热点之一。尽管金属氧化物一维材料的制备和表征得到 很大发展，但在合成一维纳米氧化铋时却遇到了极大困难。直到2006年，德 国《先进材料》(Advanced Materials)杂志第18巻2604页才首次报道了利用 氧化金属铋气相输运沉积工艺制备一维Bi203纳米线的方法，随后又相继报道 了采用化学气相沉积、氧化金属铋纳米管、模板热处理等方法合成一维纳米 氧化铋(参见Small 2006, 2, 548; Eur. J. Inorg. Chem. 2004, 9, 1785; PhysicaE 2007,39,133; Nanotechnology 2007, 18, 1 )。这些方法的共同缺点是需要 在较高的温度下气相合成，这一方面增加了制备成本，另一方面得到的氧化 铋为卩和a相，不能得到低温稳定的oc相。液相合成法一直是成本低廉并易于实 现规模化工业生产的制备方法。但是，迄今为止未见有文献报道利用液相法 制备一维单晶纳米a-Bi203。因此，研究和探索工艺简单、成本相对低廉的工 艺方法来制备一维纳米a-Bi203具有很大的现实意义。本发明提供了一种新型绿色化学方法来制备一维单晶氧化铋纳米材料。 发明内容本发明的目的是提供一种一维单晶OC-Bi203纳米材料的液相合成方法，该方法可以在较低的温度条件下，采用廉价易得的原料，大量合成一维单晶oc-Bi203纳米材料，填补Ta-Bi203 —维单晶纳米材料制备方面的空白。本发明的技术解决方案是一种一维单晶氧化铋纳米材料的合成方法，其特点是该方法包括下列步骤① a相氧化铋为原料，所用的矿化剂为硫酸盐，所述的a相氧化铋与硫酸 盐的摩尔比为1/3 ~ 1/50，溶剂为水，在加入去离子水后，a相氧化铋原料 浓度为0.01M l.OM;② 将所述的原料和矿化剂在去离子水中分散均匀后，装入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中；③ 将反应釜放入烘箱中，在11(TC 20(TC的温度范围内保温2小时~48 小时，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色的一维单 晶a-Bi203纳米材料。所述的硫酸盐为硫酸钾、硫酸氨、硫酸锂、硫酸钠、硫酸铷、硫酸铯、 硫酸镁或硫酸锌。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明采用廉价的a-Bi203粉末和硫酸盐为原料，利用水热的方法，制备 出了与原料具有相同结构，比表面积大、尺寸分布比较均一的一维单晶a-Bi203 纳米材料。该方法的原料价廉易得，设备简单，操作安全可靠，易于实现控 制；对环境没有污染；产品产率高，制备工艺重复性好。该单晶纳米材料在 电、热、光等物理性质的限制传输，光催化，传感器制备等很多领域中有广 泛的应用。
图1是原料和实施例1所制得的产物的X-射线衍射图 图2为实施例1所制得a-Bi203纳米带的扫描电镜图具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不止局限于以下实施例。实施例1:称取O.lmmol a-Bi203粉末、0.3 mmol硫酸钾至于23mL的不锈钢耐压反 应釜中，加入10mL去离子水，搅拌使其分散均匀。密封反应釜，在16(TC反 应24h后，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗漆后，得到淡黄色粉末。 产物经X射线粉末衍射鉴定为a相氧化铋与原料具有相同的结构。扫描电镜表 明原料为不规则的微米级CX-Bi203颗粒，经实施例l所述方法处理后，可以得 到形貌独特、尺寸分布比较均一的一维单晶a-Bi203纳米材料(图2)，其长 度可达几十微米。另夕卜，原料a-Bi2O3的比表面积仅为0.2m^'1，产物的比表 面积可增大到10.07m2g—、实施例2:称取0.5mmo1 06-81203粉末、lOmmol硫酸钾至于23mL的不锈钢耐压反 应釜中，加入10mL去离子水，搅拌使其分散均匀。密封反应釜，在20(TC反 应10h后，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色粉末。 产物经X射线粉末衍射鉴定为cx相氧化铋。单根纳米材料选区电子衍射证明产 物为单晶，其宽度为50nm左右。实施例3:称取lOmmol a-Bi203粉末、50mmo1硫酸f美至于100mL的不锈钢耐压反 应釜中，加入30mL去离子水，搅拌使其分散均匀。密封反应釜，在18(TC反 应48h后，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色粉末。 产物经X射线粉末衍射鉴定为a相氧化铋。扫描电镜表明产物为形貌独特、尺 寸分布比较均一的一维单晶a-Bi203纳米材料。实施例4:称取lmmol a-Bi20s粉末、30mmo1硫酸钾至于100mL的不锈钢耐压反应 釜中，加入15mL去离子水，搅拌使其分散均匀。密封反应釜，在12(TC反应 48h后，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色粉末。产 物经X射线粉末衍射鉴定为a相氧化铋。扫描电镜表明产物为形貌独特、尺寸 分布比较均一的一维单晶a-Bi203纳米材料。实施例5:称取20mmo1 01-81203粉末、lOOmmol硫酸钠至于100mL的不锈钢耐压反应釜中，加入20mL去离子水，搅拌使其分散均匀。密封反应釜，在16(TC反 应24h后，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色粉末。 产物经X射线粉末衍射鉴定为a相氧化铋。扫描电镜表明产物为形貌独特、尺
寸分布比较均一的一维单晶0C-Bi2O3纳米材料。
权利要求
1、 一种一维单晶氧化秘纳米材料的合成方法，其特征在于该方法包括下 列步骤① a相氧化铋为原料，所用的矿化剂为硫酸盐，所述的a相氧化铋与硫酸 盐的摩尔比为1/3 ~ 1/50，溶剂为水，在加入去离子水后，a相氧化铋原料浓 度为0.01M~ 1.0M;② 将所述的原料和矿化剂在去离子水中分散均匀后，装入带聚四氟乙烯 内衬的反应釜中；③ 将反应釜放入烘箱中，在110°C~ 20(TC的温度范围内保温2小时~ 48 小时，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色的一维单 晶a-Bi203纳米材料。
2、 根据权利要求1所述的一维单晶氧化铋纳米材料的合成方法，其特征 在于所述的硫酸盐为硫酸钾、硫酸氨、硫酸锂、硫酸钠、硫酸铷、硫酸铯、 硫酸镁或硫酸锌。
全文摘要
一种一维单晶氧化铋纳米材料的合成方法，包括下列步骤①α相氧化铋为原料，所用的矿化剂为硫酸盐，所述的α相氧化铋与硫酸盐的摩尔比为1/3～1/50，溶剂为水，在加入去离子水后，α相氧化铋原料浓度为0.01M～1.0M；②将所述的原料和矿化剂在去离子水中分散均匀后，装入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中；③将反应釜放入烘箱中，在110℃～200℃的温度范围内保温2小时～48小时，冷却至室温，以漏斗抽滤，经去离子水洗涤后，得到淡黄色的一维单晶α-Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>纳米材料。本方法的原料价廉易得，设备简单，操作安全可靠；对环境没有污染；产品具有较大的比表面积，产率高，制备工艺重复性好。
文档编号C30B7/00GK101311360SQ20081003610
公开日2008年11月26日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者莹 周, 顾冬红 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所