CN101748484B - 一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶氧化铋纳米片的制备方法。该方法采用廉价易得的原料，利用油酸和十二烷基苯磺酸钠复合表面活性剂辅助溶剂热合成法，可控合成大量高纯单斜单晶片状纳米氧化铋粉体。具体步骤为：首先，将Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并搅拌至溶解；然后，加入表面活性助剂，并搅拌均匀；在继续搅拌情况下，滴加NaOH溶液来调节pH值；接着加入无水乙醇，并搅拌至完全均匀；之后将上述的混合液转移至密闭容器中，进行溶剂热反应；最后，将所得反应产物用蒸馏水和无水乙醇洗涤、干燥，即可制得纳米氧化铋单晶片。利用上述方法制备单晶氧化铋纳米片的工艺流程短、操作简单，并且产品性能优异。
Description
技术领域
本发明属于无机材料制备技术领域，特别是一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法。
背景技术
氧化铋作为一种重要的掺杂材料，在微电子陶瓷、数字存储、光学器件、精细化工、医药制药和高温超导材料等领域被广泛的应用。因此合成纯度高、形貌均一的纳米氧化铋对提高氧化铋基功能材料的性能和拓宽其应用具有重要意义。
目前，制备纳米氧化铋的方法主要有单质直接高温合成、化学沉淀法、有机物前驱体热解法等。单质直接高温合成中，容易在金属表面形成氧化物，抑制金属铋的进一步蒸发，因此纯度、合成效率率较低(Surface&Coatings Technology 201(2007)：5330-5332)，在生产应用上受到很大的限制；化学沉淀法合成氧化铋，是目前工业合成氧化铋微分常采用的，但是存在纯度低，污染大，形貌难以控制的问题；有机物前驱体热解法可以合成零维、一维，以及二维的多晶薄膜，但是过程复杂，要合成高性能的产品，需要的一次性投入大，工艺复杂，多操作人员的要求较高(Materials Letters 61(2007)：709-714)，且纯度也受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺流程短、操作简单、制得产品性能优异的纳米氧化铋单晶片的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：本发明的一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并搅拌至完全溶解；(2)在搅拌情况下，加入表面活性助剂，并搅拌均匀；(3)继续搅拌情况下，滴加NaOH溶液来调节PH值；(4)继续加入无水乙醇，至混合液体积为即将装入的密闭容器体积的70％～90％，并搅拌至完全均匀；(5)将步骤(4)的混合液转移至密闭容器中，进行溶剂热反应；(6)将所得反应产物用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次洗涤至表面活性剂完全去除，在低于80℃温度下干燥，即可制得纳米氧化铋单晶片。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1、产率高，本发明以硝酸铋为原料，以SDBS和油酸为表面活性助剂，利用溶剂热的方法，制备纳米氧化铋单晶片产率高，达90％以上；2、所得到的纳米氧化铋单晶片厚度在10-30纳米之间，长和宽为200-500纳米；3、本发明所得到纳米氧化铋单晶片，经过TEM和HRTEM测定为纯的单斜相氧化铋，没有其他杂质峰(见图2，图3，图4)，在特定晶面优先生长，有明显的各向异性；4、原料价廉易得，产品形貌均一，尺寸小且分布范围窄，工艺过程简单，易于操作，可调控性强。该方法采用廉价易得的原料，利用油酸和十二烷基苯磺酸钠复合表面活性剂辅助溶剂热合成法，可控合成大量高纯单斜纳米氧化铋单晶片(JCPDS 72-0398)
图1是本发明的工艺过程流程图。
图2是本发明制备的纳米氧化铋单晶片TEM(透射电子显微镜)照片。
图3是本发明制备的纳米氧化铋单晶片的HRTEM(高分辨投射电子显微镜)照片。
图4是本发明制备的纳米氧化铋单晶片XRD(X-射线衍射)图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明的一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并搅拌至完全溶解；(2)在搅拌情况下，加入表面活性助剂，并搅拌均匀；(3)继续搅拌情况下，滴加NaOH溶液来调节PH值；(4)继续加入无水乙醇，至混合液体积为即将装入的密闭容器体积的70％～90％，并搅拌至完全均匀；(5)将步骤(4)的混合液转移至密闭容器中，进行溶剂热反应；(6)将所得反应产物用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次洗涤至表面活性剂完全去除，在低于80℃温度下干燥，即可制得纳米氧化铋单晶片。
上述步骤(1)所述的HNO3溶液浓度为0.5-1mol/l.，控制物质量比为1-5mmolBi(NO3)3·5H2O∶5-10ml HNO3溶液。
上述步骤(2)所加入的表面活性助剂为SDBS十二烷基苯磺酸钠和油酸，加入 量控制使体系中各物质量的比例关系为1～5mmol Bi(NO3)3·5H2O∶1～3mmol SDBS：2～4ml油酸。
上述步骤(3)中的NaOH溶液的浓度为2-10mol/L，调整后的PH值≥10。
上述步骤(5)中溶剂热反应的温度是110～160℃，时间为6～12小时。
实施例1
取10ml的1mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入1mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入2mmol SDBS和3ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈13，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的80％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在120℃保温，反应8小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在60℃干燥2小时，制得0.224g纳米氧化铋单晶片，产率为96％。
实施例2
取10ml的0.5mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入2mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入1mmol SDBS和4ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈13，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的80％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在120℃保温，反应8小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在50℃干燥3小时，制得0.416g纳米氧化铋单晶片，产率为91.3％。
实施例3
取10ml的1mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入5mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入3mmol SDBS和2ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈10，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的90％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在120℃保温，反应12小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在60℃干燥2小时，制得1.06g(尺度)纳米氧化铋单晶片，产率为91％。
实施例4
取8ml的1mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入1mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入3mmol SDBS和3ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈13，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的70％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在160℃保温，反应7小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在室温干燥6小时，制得0.216g(尺度)纳米氧化铋单晶片，产率为92.3％。
实施例5
取10ml的0.5mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入1.5mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入2mmol SDBS和3ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈12，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的80％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在140℃保温，反应6小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在60℃干燥2小时，制得0.337g纳米氧化铋单晶片，产率为96.4％。
实施例6
取5ml的1mol/l.的HNO3置于烧杯中，加入3mmol的Bi(NO3)3·5H2O，搅拌，溶解，然后加入3mmol SDBS和2ml油酸，搅拌均匀，继续搅拌并滴加NaOH溶液，至PH≈10，继续加入无水乙醇至高压釜密闭容器的80％，充分搅拌后，将所得混合物转入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，密封高压釜，在110℃保温，反应12小时。反应结束后，将最终产物过滤，再分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次至完全去除表面活性剂，在40℃干燥5小时，制得0.333g纳米氧化铋单晶片，产率为94.3％。
Claims (5)
1.一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，包含如下步骤：
(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并搅拌至完全溶解；
(2)在搅拌情况下，加入表面活性助剂，并搅拌均匀；
(3)继续搅拌情况下，滴加NaOH溶液来调节PH值；
(4)继续加入无水乙醇，至混合液体积为即将装入的密闭容器体积的70％～90％，并搅拌至完全均匀；
(5)将步骤(4)的混合液转移至密闭容器中，进行溶剂热反应；
(6)将所得反应产物用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次洗涤至表面活性剂完全去除，在低于80℃温度下干燥，即可制得纳米氧化铋单晶片。
2.根据权利要求1所述的溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，其特征在于，步骤(1)所述的HNO3溶液浓度为0.5-1mol/l，控制物质量比为1-5mmol Bi(NO3)3·5H2O∶5-10ml HNO3溶液。
3.根据权利要求1所述的溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，其特征在于，步骤(2)所加入的表面活性助剂为SDBS十二烷基苯磺酸钠和油酸，加入量控制使体系中各物质量的比例关系为1～5mmol Bi(NO3)3·5H2O∶1～3mmol SDBS∶2～4ml油酸。
4.根据权利要求1所述的溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，其特征在于，步骤(3)中NaOH溶液的浓度为2-10mol/L，调整后的PH值≥10。
5.根据权利要求1所述的溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法，其特征在于，步骤(5)中溶剂热反应的温度是110～160℃，时间为6～12小时。
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