CN102936042A - 一种微波水热法制备片状Bi7VO13 粉体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，将铋盐溶于去离子水中，将钒盐溶于100℃去离子水中，将铋盐和钒盐按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，用NaOH为矿化剂，将pH控制在12～13，磁力搅拌形成前驱物溶液，将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200℃，保温时间40min，将生成的黄色沉淀取出，洗涤后在70℃下干燥12h，制成了Bi₇VO₁₃粉体。本发明采用微波水热合成技术快速合成了片状Bi₇VO₁₃粉体。该方法作为一种新型环境友好的快速合成工艺结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，具有操作简单，条件温和，反应时间短，制得的片状Bi₇VO₁₃粉体细小的特点。

Description

一种微波水热法制备片状Bi7VO13 粉体的方法

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的制备方法。

【背景技术】

钒酸盐是五价钒含氧酸盐的总称。金属钒酸盐是一类优良的功能材料。金属钒酸盐除作为良好的基质材料广泛应用于荧光及激光材料领域，也可作为锂离子电池的阴极材料，Bi₇VO₁₃是金属钒酸盐的一种。Bi₇VO₁₃和CaF₂、δ-Bi₂O₃的结构相关，属等轴晶系，具有精确的单斜对称结构。研究结果显示Bi₇VO₁₃在低温下具有比较低的电导率，但当温度超过550℃时具有较高的电导率。Bi₇VO₁₃的活化能图是非线性的，显示了轻微的曲率，它在高温下的活化能较低，在低于600℃时活化能是0.87eV，在高于650℃时活化能是0.50eV，这种材料在活化能上与其他材料具有显著的不同。这意味着Bi₇VO₁₃与xBi₂O₃-V₂O₅，5≤x≤6固溶体的传导机制是不同的。在不同温度下，Bi₇VO₁₃的模量图的峰高并不随温度的改变而改变。在170℃附近，Bi₇VO₁₃出现了一个低温相变，然而，这种相变在其他二元系统的材料中却没有出现。

Bi₇VO₁₃与Bi₇AsO₁₃结构相似，具有比xBi₂O₃-V₂O₅，5≤x≤6固溶体小很多的晶格参数

Bi₇VO₁₃可能具有四方Bi₂O₂层。含铋层状的压电陶瓷是由二维的钙钛矿和Bi₂O₂层有规律的相互交替排列而成，其特殊的层状结构决定了有以下特性：低介电常数、高居里温度、机电耦合系数高、各向异性明显、高电阻率、低老化率、大的介电击穿强度以及低烧结温度等。这些特性决定了这种陶瓷特别适合应用于高温高频场合，从而解决了高功率共振下PZT压电陶瓷性能不稳定的缺陷。

迄今为止，利用微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过用微波水热法制备片状的Bi₇VO₁₃粉体。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其反应时间短，工艺流程简单，制得的粉体表面积较大，粒度分布均匀且成本较低。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，包括以下步骤：将铋盐溶于去离子水中，搅拌均匀得铋盐溶液；将钒盐溶于去离子水中，搅拌均匀得钒盐溶液；将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，用NaOH作矿化剂，将pH控制在12～13，磁力搅拌形成前驱物溶液；将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200℃，保温反应40min；反应完成后将生成的黄色沉淀取出，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，然后恒温干燥得到片状Bi₇VO₁₃粉体。

本发明进一步的改进在于：所述铋盐和钒盐分别为Bi(NO₃)₃·5H₂O、NH₄VO₃。

本发明进一步的改进在于：所述溶解NH₄VO₃的去离子水温度为100℃，搅拌温度恒定在45℃，搅拌时间为40min。

本发明进一步的改进在于：所述NaOH溶液的浓度为9～11mol/L。

本发明进一步的改进在于：聚四氟乙烯反应釜的填充比为50～60%。

本发明进一步的改进在于：所述去离子水均为20ml，铋盐和钒盐的物质的量均为0.01mol，所加NaOH溶液均为5ml，浓度为9mol/L。

本发明进一步的改进在于：所述恒温干燥为在70℃下干燥12h。

一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml NaOH溶液，调节pH为12.78，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，搅拌30min，将NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，加热搅拌40min，将铋盐和钒盐按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，搅拌80min，用NaOH为矿化剂，将pH控制在12～13，磁力搅拌2h形成前驱物溶液，微波水热反应温度200℃，保温时间40min，将生成的黄色沉淀取出，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在70℃下干燥12h，制得了Bi₇VO₁₃粉体。本发明采用微波水热合成技术快速合成了片状Bi₇VO₁₃粉体。该方法作为一种新型环境友好的快速合成工艺结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，具有操作简单，条件温和，反应时间短，制得的Bi₇VO₁₃粉体细小的特点。片状Bi₇VO₁₃粉体具有较小的晶格参数，且可能含有Bi₂O₂层状结构，这种特殊的铋层结构在压电陶瓷中有重要作用。

【附图说明】

图1是本发明Bi₇VO₁₃粉体的XRD图（实施例1：pH=12.59）；

图2是本发明Bi₇VO₁₃粉体的SEM图（图2（b）是图2（a）的放大图）（实施例1：pH=12.59）；

图3是本发明Bi₇VO₁₃粉体的SEM图（实施例2：pH=12.78）。

【具体实施方式】

本发明将铋盐溶于去离子水中，搅拌30min，将钒盐溶于100℃去离子水中，加热搅拌40min，将铋盐和钒盐按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，搅拌80min，用NaOH为矿化剂，将pH控制在12～13，磁力搅拌2h形成前驱物溶液，然后在温度200℃的条件下微波水热反应40min，制得Bi₇VO₁₃粉体。

下面结合本发明优选的实施例本发明做进一步描述，原料均为分析纯。

实施例1：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml浓度为9mol/L的NaOH溶液，调节pH为12.59，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

用XRD测定粉体的物相组成，从图1中可以看出采用微波水热法可以制备出片状Bi₇VO₁₃粉体。图2是本发明在pH=12.59下制得的Bi₇VO₁₃粉体的SEM图，从图中可以看出，制得的Bi₇VO₁₃粉体呈薄片状聚集在一起。

实施例2：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml浓度为11mol/L的NaOH溶液，调节pH为12.78，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

该粉体经XRD测试为Bi₇VO₁₃粉体。图3是本发明在pH=12.78下制得的Bi₇VO₁₃粉体的SEM图，从图中可以看出，制得的Bi₇VO₁₃粉体呈片状叠加在一起。

实施例3：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml浓度为9mol/L的NaOH溶液，调节pH为12，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

用XRD测定粉体的物相组成，制备出的为片状Bi₇VO₁₃粉体。

实施例4：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml浓度为9mol/L的NaOH溶液，调节pH为13，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

用XRD测定粉体的物相组成，制备出的为片状Bi₇VO₁₃粉体。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：将铋盐溶于去离子水中，搅拌均匀得铋盐溶液；将钒盐溶于去离子水中，搅拌均匀得钒盐溶液；将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V=1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，用NaOH作矿化剂，将pH控制在12～13，磁力搅拌形成前驱物溶液；将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200℃，保温反应40min；反应完成后将生成的黄色沉淀取出，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，然后恒温干燥得到片状Bi₇VO₁₃粉体。

2.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，所述铋盐和钒盐分别为Bi(NO₃)₃·5H₂O、NH₄VO₃。

3.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，所述溶解NH₄VO₃的去离子水温度为100℃，搅拌温度恒定在45℃，搅拌时间为40min。

4.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为9～11mol/L。

5.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，聚四氟乙烯反应釜的填充比为50～60%。

6.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，所述去离子水均为20ml，铋盐和钒盐的物质的量均为0.01mol，所加NaOH溶液均为5ml，浓度为9mol/L。

7.如权利要求1所述一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于，所述恒温干燥为在70℃下干燥12h。

8.一种微波水热法制备片状Bi₇VO₁₃粉体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将0.01molBi(NO₃)₃·5H₂O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0.01mol NH₄VO₃溶于100℃去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌40min，加热搅拌温度恒定在45℃；

步骤2：将步骤1制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌80min，然后加入5ml NaOH溶液，调节pH为12.78，在磁力搅拌器上搅拌2h，制得前驱物溶液；

步骤3：将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200℃，保温时间为40min；

步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70℃下恒温干燥12h，得到Bi₇VO₁₃粉体。

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