CN102677172A - 一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 - Google Patents
一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102677172A CN102677172A CN2012101889432A CN201210188943A CN102677172A CN 102677172 A CN102677172 A CN 102677172A CN 2012101889432 A CN2012101889432 A CN 2012101889432A CN 201210188943 A CN201210188943 A CN 201210188943A CN 102677172 A CN102677172 A CN 102677172A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal
- monocrystalline
- growth
- growing
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 abstract description 3
- 229910009372 YVO4 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910002915 BiVO4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- MOUPNEIJQCETIW-UHFFFAOYSA-N lead chromate Chemical compound [Pb+2].[O-][Cr]([O-])(=O)=O MOUPNEIJQCETIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法，将Bi2O3和V2O5按1：1的摩尔比混合压制成料块后装入刚玉杯中，在温度800oC下烧结10小时；烧结后装入直径150mm、高80mm、壁厚2.2mm的铱坩埚，然后放入单晶提拉炉，提拉炉内冲入N2气氛，使炉中氧分压为1%；以<100>方向的YVO4晶体作为籽晶，控制铱坩埚底部温度为960—980oC，生长晶体提拉速度为1mm/h，转速为8rpm；晶体停止生长后，放置24小时，取出，即获得BiVO4单晶。以铱坩埚替代铂坩埚，显著降低了成本；以YVO4晶体替代铂丝作为籽晶，以氧气分压为1%的氮气氛作为生长气氛，提高了晶体生长的稳定性，增大了晶体尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过人工控制晶体生长制备晶体的方法，具体地说是一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法。
背景技术
BiVO4是一种光学带隙为2.3―2.9 eV的半导体氧化物，具有铁弹性、离子电导性、光致变色效应等奇异的物理性质。在颜料领域，BiVO4亦称184黄，是近年开发的环境友好的黄色无机颜料，用来替代有毒的铅铬黄。在光催化领域，BiVO4是一种可见光响应的光催化剂，在牺牲试剂存在的条件下，具有很高的分解水产氧活性。因此，BiVO4是一种重要的功能材料，具有广泛的科学研究和工业应用价值。
BiVO4有四种晶相，其中正交相钒铋矿仅存在于自然界，另外三种可以人工合成出来。在可人工合成的BiVO4中，单斜相BiVO4的化学性质最稳定、光催化活性最高。目前，国内外商业化的单斜相BiVO4都是纳米/微米尺寸的多晶，没有单晶（特别是大尺寸单晶）出售。根据文献，仅有少数前期研究工作[A.W. Sleight et al., Mat. Res. Bull. 14, 1571 (1979); 刘建成、陈家平、李德宇，物理学报 32，1053 (1983); L. Hoffart et al., Ionics 2, 34 (1996)]曾报道利用提拉法成功制备了单斜相BiVO4单晶。在这些研究中，制备BiVO4单晶需使用昂贵的铂坩埚和铂丝籽晶，成本高，并且易出现孪晶现象，单晶尺寸最大为φ55×30 mm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备大尺寸、高质量BiVO4单晶的方法，该方法不仅节省成本，而且制得的产品极少孪晶现象，产品尺寸可达到φ100×60 mm。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将纯度为99.99%的Bi2O3和V2O5按1：1的摩尔比均匀混合，然后压制成料块。
（2）、将步骤（1）压制的料块装入刚玉杯中，然后放置到马弗炉内，在温度为800 oC的条件下，恒温烧结10小时。
（3）、将步骤（2）烧结后的原料装入直径150 mm、高80 mm、壁厚2.2 mm的铱坩埚，然后放入单晶提拉炉中，在提拉炉内冲入N2气氛，并保留适量空气，使炉中氧分压为1%。
（4）、以<100>方向的YVO4晶体作为籽晶。
（5）、启动单晶提拉炉，控制铱坩埚底部温度为960—980 oC，生长晶体提拉速度为1 mm/h，转速为8 rpm。
（6）、晶体停止生长后，关闭单晶提拉炉，放置24小时，使生长的晶体冷却至室温。
（7）、将生长的晶体取出，即获得直径100 mm以上，高度60 mm以上的BiVO4单晶。
所述的YVO4晶体的生长方向为<100>或<111>。
本发明的有益效果是：以YVO4晶体替代铂丝作为籽晶，铱坩埚替代铂坩埚，显著降低了生产成本；以氧气分压约为1%的氮气氛作为生长气氛，控制生长温度为960-980 oC，提高了晶体生长的稳定性，增大了晶体生长尺寸。
附图说明
图1是阳极材料为BiVO4单晶切片的光电化学电池示意图。
图中标记：111、阳极，112、阴极，121、质子交换膜，131、外加偏压，211、入射太阳光方向。
具体实施方式
一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法，包括以下步骤：
（1）、以高纯度的Bi2O3和V2O5为原料，两种原料的纯度均为99.99%，按1：1的摩尔比称取Bi2O3和V2O5，并将两种原料均匀混合，然后送入压片机压制成料块，压制力度以原料能够结合成块状为准。
（2）、将步骤（1）压制的料块装入刚玉杯中，然后放置到马弗炉内，在温度为800 oC的条件下，恒温烧结10小时。
（3）、将步骤（2）烧结后的原料装入直径150 mm、高80 mm、壁厚2.2 mm的铱坩埚，然后放入单晶提拉炉中，在提拉炉内冲入N2气体，并保留适量空气，使炉中氧分压为1%，形成氧分压为1%的N2气气氛。
（4）、以事先设置在单晶提拉炉内的<100>方向的YVO4晶体作为籽晶。
（5）、启动单晶提拉炉，控制铱坩埚底部温度为960—980 oC，生长晶体提拉速度为1 mm/h，转速为8 rpm。
（6）、晶体停止生长后，关闭单晶提拉炉，放置24小时，使生长的晶体冷却至室温。
（7）、将生长的晶体取出，即获得直径100 mm以上，高度60 mm以上的BiVO4单晶，其颜色棕黄色、透明。
通过实验证明，选用生长方向为<100>或<111>的YVO4晶体作为籽晶，能够进一步提高晶体生长的稳定性，生长得到的BiVO4单晶质量高，极少孪晶现象。
上述方法中，除限定的参数外，单晶提拉炉的操作按晶体生长的常规操作进行。
为证明本发明制得的BiVO4单晶的实用性，参见图1所示，将制得的BiVO4单晶制成光电化学电池。制作步骤如下：（1）、将所得的BiVO4单晶切片，制成尺寸为50mm×50mm×1mm晶片，所切晶片为<100>、<001>等方向的晶片；（2）、将所切BiVO4晶片作为光电化学电池的阳极111，Pt片作为光电化学电池的阴极112；（3）、将阳极111和阴极112通过外加偏压131连接；（4）、将阳极111和阴极112置于纯水或碳酸氢钠溶液中；（4）、用质子交换膜121将阳极111和阴极112两侧的溶液分隔开；太阳光照射在阳极111一侧或两侧。
在0.5 V的正向偏压和太阳光照射下，利用该光电化学电池分解纯水，可以清晰地看到阳极111上产生O2气泡，同时在阴极112上产生H2气泡。若利用该装置光还原二氧化碳（碳酸氢钠溶液），则可观测到阳极111上产生O2气泡，阴极112基本没有气泡产生；通过色谱分析，阴极112侧溶液出现甲醇等有机物。实验还证实，在相同外部条件下（偏压、光照、阳极面积等），BiVO4单晶阳极要比BiVO4粉末阳极具有更高的产O2活性，说明利用本发明制备的BiVO4单晶适用于太阳能光化学转化技术，具有潜在的应用价值。
Claims (2)
1.一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、将纯度为99.99%的Bi2O3和V2O5按1：1的摩尔比均匀混合，然后压制成料块；
（2）、将步骤（1）压制的料块装入刚玉杯中，然后放置到马弗炉内，在温度为800 oC的条件下，恒温烧结10小时；
（3）、将步骤（2）烧结后的原料装入直径150mm、高80mm、壁厚2.2mm的铱坩埚，然后放入单晶提拉炉中，在提拉炉内冲入N2气氛，并保留适量空气，使炉中氧分压为1%；
（4）、以<100>方向的YVO4晶体作为籽晶；
（5）、启动单晶提拉炉，控制铱坩埚底部温度为960—980 oC，生长晶体提拉速度为1 mm/h，转速为8 rpm；
（6）、晶体停止生长后，关闭单晶提拉炉，放置24小时，使生长的晶体冷却至室温；
（7）、将生长的晶体取出，即获得直径100 mm以上，高度60 mm以上的BiVO4单晶。
2.如权利要求1所述的一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法，其特征在于：所述的YVO4晶体的生长方向为<100>或<111>。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210188943.2A CN102677172B (zh) | 2012-06-11 | 2012-06-11 | 一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210188943.2A CN102677172B (zh) | 2012-06-11 | 2012-06-11 | 一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102677172A true CN102677172A (zh) | 2012-09-19 |
| CN102677172B CN102677172B (zh) | 2015-02-11 |
Family
ID=46809701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210188943.2A Active CN102677172B (zh) | 2012-06-11 | 2012-06-11 | 一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102677172B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105951117A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-09-21 | 李国岭 | 一种低成本生产高纯度过氧化氢和氢气的电解方法 |
| CN105970247A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-09-28 | 李国岭 | 一种制备过氧化氢用单晶半导体氧化物阳极及电解槽 |
| CN106086922A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 李国岭 | 一种利用太阳能低成本生产过氧化氢和氢气的电解方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1257943A (zh) * | 1999-12-16 | 2000-06-28 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 生长高温氧化物晶体的装置 |
| CN101649489A (zh) * | 2009-02-16 | 2010-02-17 | 上海元亮光电科技有限公司 | 一种用于提拉法生长钒酸钇晶体的原料合成方法 |
-
2012
- 2012-06-11 CN CN201210188943.2A patent/CN102677172B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1257943A (zh) * | 1999-12-16 | 2000-06-28 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 生长高温氧化物晶体的装置 |
| CN101649489A (zh) * | 2009-02-16 | 2010-02-17 | 上海元亮光电科技有限公司 | 一种用于提拉法生长钒酸钇晶体的原料合成方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| L.HOFFART ET AL: "Crystal Growth and Conductivity Investigations on BiVO4 Single Crystals", 《IONICS》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105951117A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-09-21 | 李国岭 | 一种低成本生产高纯度过氧化氢和氢气的电解方法 |
| CN105970247A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-09-28 | 李国岭 | 一种制备过氧化氢用单晶半导体氧化物阳极及电解槽 |
| CN106086922A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 李国岭 | 一种利用太阳能低成本生产过氧化氢和氢气的电解方法 |
| CN106086922B (zh) * | 2016-07-19 | 2018-02-02 | 李国岭 | 一种利用太阳能低成本生产过氧化氢和氢气的电解方法 |
| CN105951117B (zh) * | 2016-07-19 | 2018-02-02 | 李国岭 | 一种低成本生产高纯度过氧化氢和氢气的电解方法 |
| CN105970247B (zh) * | 2016-07-19 | 2018-06-08 | 李国岭 | 一种制备过氧化氢用单晶半导体氧化物阳极及电解槽 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102677172B (zh) | 2015-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102774883B (zh) | 一种金红石型二氧化钛纳米线薄膜及其制备方法和用途 | |
| CN105591080B (zh) | 一种锂离子电池负极材料SiOX-TiO2/C的制备方法 | |
| CN102259858A (zh) | 一种镁热还原制备多孔硅的方法 | |
| CN107879318B (zh) | 一种气泡剥离法制备类石墨相氮化碳纳米片的方法 | |
| Ji et al. | One-dimensional core/shell structured TiO 2/ZnO heterojunction for improved photoelectrochemical performance | |
| CN102677172B (zh) | 一种大尺寸钒酸铋单晶的制备方法 | |
| CN102315427A (zh) | 锂离子二次电池用负极活性物质和制备方法及锂离子二次电池 | |
| CN113328089A (zh) | 一种硼掺杂改性的三元正极材料及其制备方法 | |
| CN111484042B (zh) | 一种结晶态Li3OCl无机锂离子导体及其制备方法和应用 | |
| CN109207958B (zh) | 一种垂直于基底生长的磷化钼纳米片阵列结构的制备方法 | |
| CN102134091A (zh) | 水热法制备微米结构氧化锌 | |
| CN109852847A (zh) | 制氢用的Al-Ga-In-Sn-Cu合金及其制备方法、在燃料电池中的应用 | |
| CN104084203B (zh) | 一种Cu-Ti与TiO2复合薄膜材料的制备方法 | |
| CN110194482A (zh) | 三维超薄碳点/铜掺杂二硫化锡复合纳米片制备方法 | |
| CN113106470B (zh) | 一种适用于电化学氮还原的钒掺杂二氧化钛/石墨烯电催化剂及其制备方法 | |
| CN109208079A (zh) | 一种钙铝石型半导体材料的制备方法 | |
| CN104862511B (zh) | 一种Cu2SnSe3热电材料的制备方法 | |
| CN104961107B (zh) | 一种制备碲化银锑热电材料的方法 | |
| CN101693550B (zh) | 一种生长CdO纳米线束的方法 | |
| CN107151000A (zh) | 硒化锌空心微米球的制备方法 | |
| CN101777592B (zh) | 基于重掺umg硅外延生成高低结的太阳电池及制备方法 | |
| CN101774632A (zh) | 一种纺锤状结构氧化锌的制备方法 | |
| CN104860272A (zh) | 一种快速制备高纯碲化镉粉末的新方法 | |
| CN112951929B (zh) | 太阳能电池电极及其制备方法、太阳能电池 | |
| CN112295581A (zh) | 一种电催化剂材料及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Guoling Inventor after: Li Chaozhong Inventor after: Chen Zhihong Inventor after: Huang Dong Inventor after: Li Liben Inventor after: Hao Shiming Inventor after: Wang Dandan Inventor after: Wang Zhixiao Inventor after: Chen Qingdong Inventor after: Ma Haixiang Inventor after: Huang Haiming Inventor after: Xie Silou Inventor after: Xie Hongguang Inventor before: Li Guoling Inventor before: Li Liben Inventor before: Wang Dandan Inventor before: Chen Zhihong Inventor before: Huang Dong Inventor before: Chen Qingdong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI GUOLING LI LIBEN WANG DANDAN CHEN ZHIHONG HUANG DONG CHEN QINGDONG TO: LI GUOLING HAO SHIMING WANG DANDAN WANG ZHIXIAO CHEN QINGDONG MA HAIXIANG HUANG HAIMING XIE SILOU XIE HONGGUANG LI CHAOZHONG CHEN ZHIHONG HUANG DONG LI LIBEN |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191230 Address after: 430000 Wuhan East Lake Development Zone, Hubei science and Technology Park, Wuhan University Patentee after: Wuhan Zhengke Technology Co., Ltd Address before: 471000 Xiyuan Road, Jianxi District, Henan, No. 48, No. Patentee before: Henan University of Science and Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200908 Address after: Xianjiang Street Xueyuan Road, Jinping District, Shantou City, Guangdong Province Patentee after: Guangdong Laboratory of chemistry and fine chemicals Address before: 430000 Wuhan East Lake Development Zone, Hubei science and Technology Park, Wuhan University Patentee before: Wuhan Zhengke Technology Co.,Ltd. |