CN102990077B - 一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法 - Google Patents

一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法，该方法将采用熔盐法或高温固相法制备的含铋氧化物加入到甲醇、乙醇或葡萄糖的水溶液中，在紫外光的照射下，在含铋氧化物的表面形成粒径分比较布均匀的铋纳米粒子。本发明具有制备条件温和、工艺简单、成本低等优点，制备的铋纳米粒子的特点在于粒径较小，附着在氧化物基底上，通过本发明所述方法获得的在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子可用于纳米电子领域、催化领域及超导材料等，该方法工艺简单、在室温下通过光照就能实现铋金属纳米粒子在氧化物表面的原位均匀生长。

Description

一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法
技术领域
本发明涉及一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法，特别是采用光化学方法实现了铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长。
背景技术
金属纳米粒子具有独特的物理化学性能并且在催化、光电子器件、磁性材料、涂层材料等领域具有广泛的应用前景，因此它的制备得到了广泛的研究。各种基于气相和液相方法用于金属纳米粒子的制备，但是到目前为止，在室温下通过直接还原金属氧化物制备金属纳米粒子的相关报道较为少见。
光化学方法在制备金属纳米粒子方面具有一些优势如：反应条件温和在室温下就能进行；绿色环保只通过光照就能实现。但目前通过光化学方法制备金属纳米粒子的过程，一般都是通过还原金属盐类来实现的，如：可通过光化学还原AuCl3·HCl·4H2O 水溶液来制备金纳米粒子、通过光化学还原PtCl4·2HCl·4H2O来制备铂纳米粒子、通过光化学还原AgNO3来制备银纳米粒子。另外，光化学还原法只是用来制备过渡金属纳米粒子，通过光化学还原金属氧化物来制备主族金属纳米粒子的方法未见著于公开文献。
发明内容
本发明目的是提供一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法，该方法将采用熔盐法或高温固相法制备的含铋氧化物加入到甲醇、乙醇或葡萄糖的水溶液中，在紫外光的照射下，在含铋氧化物的表面形成粒径分比较布均匀的铋纳米粒子。本发明具有制备条件温和、工艺简单、成本低等优点，制备的铋纳米粒子的特点在于粒径较小，附着在氧化物基底上，通过本发明所述方法获得的在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子可用于纳米电子领域、催化领域及超导材料等，该方法工艺简单、在室温下通过光照就能实现铋金属纳米粒子在氧化物表面的原位均匀生长。
本发明所述的一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法，按下列步骤进行：
a、将采用熔盐法或高温固相法制备的含铋氧化物为SrBi2Ta2O9、CaBi2Ta2O9、BaBi2Ta2O9、SrBi2Nb2O9、CaBi2Nb2O9或BaBi2Nb2O9粉末加入含有光生空穴捕获剂为甲醇、乙醇、甲醛或葡萄糖的水溶液中；
b、将步骤a所得的溶液用紫外光照射，放置于波长在254-400nm的紫外光源下、辐照强度在5-100mW/cm2，搅拌子转速在300转/分钟-1000转/分钟，搅拌反应2-50小时，温度为10-70℃，进行光化学反应；
c、反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长。
步骤a所述含铋氧化物的质量浓度为0.5-5g/L。
步骤a所述光生空穴捕获剂的质量浓度为10-200g/L。
附图说明
图1为本发明光化学反应后熔盐法制备SrBi2Ta2O9的透射电镜照片图；
图2为本发明光化学反应后熔盐法制备SrBi2Ta2O9上面纳米粒子的电子能谱图。
具体实施方式：
实施例1
本实例提供一种在熔盐法制备的SrBi2Ta2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现SrBi2Ta2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
采用熔盐法制备SrBi2Ta2O9：
分别称取Sr(NO3)2∙4H2O0.6277g、Bi2O31.3820g、Ta2O51.3105g、NaCl1.3744g和KCl 1.6133g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末放入瓷舟中，利用管式炉在温度850℃下空气中烧3h随炉冷却至室温，加入去离子水洗涤、过滤、除去NaCl和KCl，再利用AgNO3检验洗涤后的溶液直至没有沉淀生成，最后在温度100℃的烘箱中干燥0.5小时，得到SrBi2Ta2O9粉末；
光化学还原SrBi2Ta2O9制备铋纳米粒子：
称取8g的甲醇液体溶于离子水中，稀释至100mL，将SrBi2Ta2O9粉末0.1g加入到甲醇溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在300转/分钟，在主波长为365nm的紫外光源下、辐照强度在35mW/cm2，光化学反应时的温度为25℃，搅拌反应20小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长；
透射电镜分析（图1）表明纳米金属铋的粒径为8纳米左右，电子能谱分析（图2）表明生成的粒子元素组成为铋，能谱中的铜和碳元素的信号时由做透射电镜用到的铜网和碳膜引起的。
实施例2
本实例提供一种在固相法制备的CaBi2Nb2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现CaBi2Nb2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
固相法制备CaBi2Nb2O9：
分别称取， CaCO30.3811g、Bi2O31.7743g、Nb2O51.0122g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末在8 MPa压力下压成直径为10mm厚度为1-2mm的圆片状物后放入瓷舟中，利用管式炉在温度900℃下空气中预烧15h，等自然冷却到室温后，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结15h，随炉冷却后再次研磨并压成直径为10mm片状物，在温度1200℃下空气中烧结24h后随炉冷却至室温，可得到外观平整、淡黄色有光泽、坚硬、无裂纹的CaBi2Nb2O9多晶样品，利用玛瑙研钵将样品磨成粉末；
光化学还原CaBi2Nb2O9制备铋纳米粒子：
称取1 g无水葡萄糖溶于去离子水中，稀释至100mL，称CaBi2Nb2O9粉末0.2g加入到葡萄糖溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在500转/分钟，在主波长为365nm的紫外光源下、辐照强度在55mW/cm2，光化学反应时的温度为35℃，搅拌反应10小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长；
纳米金属铋的粒径为6纳米左右。
实施例3
本实例提供一种在固相法制备的BaBi2Ta2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现BaBi2Ta2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
固相法制备BaBi2Ta2O9：
分别称取BaCO30.5579g、Bi2O31.3173g和Ta2O51.2493g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末8MPa压力下压成直径为10mm厚度为1-2mm的圆片状物后放入瓷舟中，利用管式炉在温度900℃下空气中预烧15h，等自然冷却到室温后，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结24h，随炉冷却后再次研磨并压成直径为10mm片状物，在温度1000℃下空气中烧结24h后随炉冷却至室温，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结24h，可得到外观平整、淡黄色有光泽、坚硬、无裂纹的BaBi2Ta2O9多晶样品，利用玛瑙研钵将样品磨成粉末；
光化学还原BaBi2Ta2O9制备铋纳米粒子：
称取4g的乙醇液体溶于去离子水中，稀释至100mL，称取CaBi2Nb2O9粉末0.4g加入到乙醇溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在500转/分钟，在主波长为365nm的紫外光源下、辐照强度在20mW/cm2，光化学反应时的温度为60℃，搅拌反应40小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长；
纳米金属铋的粒径为12纳米左右。
实施例4
本实例提供一种在熔盐法制备的SrBi2Nb2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现SrBi2Nb2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
采用熔盐法制备SrBi2Nb2O9：
分别称取SrCO30.4020g、Bi2O31.7601g、Nb2O51.0041g、NaCl1.3744g和KCl 1.6133g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末放入瓷舟中，利用管式炉在温度850℃下空气中烧3h随炉冷却至室温，加入去离子水洗涤、过滤、除去NaCl和KCl，再利用AgNO3检验洗涤后的溶液直至没有沉淀生成，最后在温度100℃的烘箱中干燥0.5小时，得到SrBi2Nb2O9粉末；
光化学还原SrBi2Nb2O9制备铋纳米粒子：
量取20mL 质量浓度为40%的甲醛溶液溶去离子水中，稀释至100mL，将SrBi2Nb2O99粉末0.05g加入到甲醛溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在600转/分钟，在主波长为254nm的紫外光源下、辐照强度在80mW/cm2，光化学反应时的温度为10℃，搅拌反应2小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长；
纳米金属铋的粒径为4纳米左右。
实施例5
本实例提供一种在固相法制备的CaBi2Ta2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现CaBi2Ta2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
固相法制备CaBi2Ta2O9：
分别称取， CaCO30.3112g、Bi2O31.4503g、Ta2O51.3754g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末在8 MPa压力下压成直径为10mm厚度为1-2mm的圆片状物后放入瓷舟中，利用管式炉在温度900℃下空气中预烧15h，等自然冷却到室温后，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结15h，随炉冷却后再次研磨并压成直径为10mm片状物，在温度1200℃下空气中烧结24h后随炉冷却至室温，可得到外观平整、淡黄色有光泽、坚硬、无裂纹的CaBi2Ta2O9多晶样品，利用玛瑙研钵将样品磨成粉末；
光化学还原CaBi2Ta2O9制备铋纳米粒子：
称取20 g无水葡萄糖溶于去离子水中，稀释至100mL，称CaBi2Nb2O9粉末0.4g加入到葡萄糖溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在800转/分钟，在主波长为365nm的紫外光源下、辐照强度在60mW/cm2，光化学反应时的温度为40℃，搅拌反应30小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长。
纳米金属铋的粒径为12纳米左右。
实施例6
本实例提供一种在固相法制备的BaBi2Nb2O9上原位生长铋金属纳米粒子的方法，是利用光化学方法来实现BaBi2Nb2O9中的三价铋原位还原制备铋金属纳米粒子的方法，具体步骤如下：
固相法制备BaBi2Nb2O9：
分别称取BaCO30.6678g、Bi2O31.5799g和Nb2O50.9013g，在玛瑙研钵中研磨2h，使其混合均匀，然后再将研磨好的粉末8MPa压力下压成直径为10mm厚度为1-2mm的圆片状物后放入瓷舟中，利用管式炉在温度900℃下空气中预烧15h，等自然冷却到室温后，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结24h，随炉冷却后再次研磨并压成直径为10mm片状物，在温度1000℃下空气中烧结24h后随炉冷却至室温，将样品取出继续研磨0.5h后，再在8MPa压力下压成直径为10mm，厚度为1-2mm的圆片状物后在温度1000℃下空气中烧结24h，可得到外观平整、淡黄色有光泽、坚硬、无裂纹的BaBi2Ta2O9多晶样品，利用玛瑙研钵将样品磨成粉末；
光化学还原BaBi2Nb2O9制备铋纳米粒子：
量取15g的乙醇液体溶于去离子水中，稀释至100mL，称取CaBi2Nb2O9粉末0.3g加入到乙醇溶液中；
同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，搅拌子转速在1000转/分钟，在主波长为254nm的紫外光源下、辐照强度在5mW/cm2，光化学反应时的温度为70℃，搅拌反应50小时；
反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长。
纳米金属铋的粒径为15纳米左右。

Claims (3)

1.一种在氧化物基底上原位生长铋纳米粒子的方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、将采用熔盐法或高温固相法制备的含铋氧化物为SrBi2Ta2O9、CaBi2Ta2O9、BaBi2Ta2O9、SrBi2Nb2O9、CaBi2Nb2O9或BaBi2Nb2O9粉末加入含有光生空穴捕获剂为甲醇、乙醇、甲醛或葡萄糖的水溶液中；
b、将步骤a所得的溶液用紫外光照射，放置于波长在254-400nm的紫外光源下、辐照强度在5-100mW/cm2，搅拌子转速在300-1000转/分钟，搅拌反应2-50小时，温度为10-70℃，进行光化学反应；
c、反应结束后经过滤、洗涤、干燥，温度为100℃，干燥时间为10小时，即可实现铋纳米粒子在氧化物基底上的原位生长。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤a所述含铋氧化物的质量浓度为0.5-5g/L。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤a所述光生空穴捕获剂的质量浓度为10-200g/L。
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