CN103754934A - 一种超声液相合成BiPO4微、纳米粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微／纳米材料制备技术及超声合成技术领域，具体涉及超声液相合成BiPO4微、纳米粉体的方法。具体步骤为：以硝酸铋和磷酸二氢钠为前驱体，以四氢呋喃和无水乙醇为溶剂，加入适量表面活性剂搅拌混合均匀；将装有混合料的锥形瓶在室温下超声处理30-120min，取出容器；洗涤，离心分离，即得所需产品。本发明合成工艺简单，整个制备体系容易构建，成本低廉，并且所得产物形貌和尺寸易控，纯度高，结晶度好且产物处理方便，适合于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明属于微／纳米材料制备技术及超声合成技术领域，具体涉及一种超声液相合成BiPO4微、纳米粉体的方法。
背景技术
作为一种铋的化合物，BiPO4受到越来越多的关注由于其潜在的光催化降解污水中有机染料的能力。目前，研究者们通过不同的合成方法研究合成出了BiPO4，主要的合成方法有固相反应法、水热反应法、多元醇介导法以及超声波辐照法等。不同的合成方法能够得到不同外貌形状或结构的BiPO4，从而得到不同的应用。例如Cho等通过利用固体Bi2O3和(NH4)2HPO4作为反应前驱物成功地制备了BiPO4。首先将反应物经过球磨机球磨混合24h后，再将混合物放入马弗炉内分别升温至600℃和850℃并保温2h，分别得到低温相BiPO4和高温相BiPO4。Pan等用Bi(NO3)3·6H2O和Na3PO4·12H2O作反应物，在180℃水热反应72h后得到BiPO4纳米晶体。Roming等以二甘醇(C4H10O3)和乙醇(C2H5O)为介导物，用BiI3和NH4H2PO4为反应物合成了BiPO4纳米晶体。目前关于利用超声法合成BiPO4微、纳米粉体的报道很少。
发明内容
本发明目的在于提出一种制备BiPO4微、纳米粉体的方法。本发明采用常见的超声合成体系，通过调节超声反应的温度、时间、反应物及其用量配比来实现对产物晶型和形貌的控制。
本发明提出的一种制备BiPO4微、纳米粉体的方法，具体步骤如下：
(1)取适量Bi(NO3)3·5H2O置于锥形瓶中，加入适量四氢呋喃及无水乙醇作为溶剂放于磁力搅拌器上持续搅拌使其溶解。再取适量NaH2PO4·2H2O及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵加入上述溶液中再搅拌使之溶解。
(2)将步骤(1)中装有混合料的锥形瓶置于超声清洗器中，在室温下超声处理30-120min。
(3)将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，即得所需产品。
本发明中，所述硝酸铋、磷酸二氢钠、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)不低于化学纯。
本发明中，步骤(3)中所述洗涤采用去离子水、无水乙醇交替洗涤合成产物，一般交替洗涤3-6次。
本发明方法所得产物的结构、形貌、组成进行表征，分别选用X-射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)。
本发明优点在于：
1.本发明实现了利用超声法，通过改变溶剂极性以及调控表面活性剂的种类从而获得形貌新颖而均一的产物，为其它无机合成提供了一种新的合成途径。
2.本发明在制备过程中产生的副产物少，对环境污染小，是一种环保型合成工艺。
3.本发明工艺简单，整个制备体系容易构建，操作简便，产物形貌和尺寸易控，纯度高，结晶度好且产物处理方便简洁，适合于大规模工业生产。
4.本发明制备的产物具有良好的光、电等方面的物理性能，有较为广阔的发展前景和应用空间。
附图说明
图1为实施例1所得产物的XRD图。
图2为实施例1所得产物的FE-SEM图。
图3为实施例1所得产物的EDS图。
图4为实施例1所得产物的TEM图。
图5为实施例2所得产物的FE-SEM图。
图6为实施例3所得产物的FE-SEM图。
图7为实施例4所得产物的FE-SEM图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1：制备米粒状BiPO4微米粉体
取1mmol Bi(NO3)3·5H2O置于50ml锥形瓶中，加入10ml四氢呋喃及5ml无水乙醇放于磁力搅拌器上持续搅拌15min使其溶解。再取3mmol NaH2PO4·2H2O及0.1g CTAB加入上述溶液中再搅拌15min。而后取出搅拌子，将锥形瓶置于超声清洗器中，调节功率为80％，时间为1h进行超声处理。将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，设置干燥温度为80℃，时间为6h，即可得白色产物。
图1给出所得产物的XRD图谱。如图所示位于2θ=19.09°，20.90°，25.45°，27.27°，29.09°，31.45°，34.36°，37.09°，42.18°，46.55°，49.27°和53.27°处的衍射峰与XRD卡片数据库(JCPDSNo.15-0767)一致，所得产品为磷酸铋。如图2(a)、(b)及图4所示，以10ml四氢呋喃和5ml无水乙醇的混合液作为溶剂时，超声反应后所得到的BiPO4呈现出两头小、中间大的形状较为规则的米粒状的微米组装结构，且表面粗糙，大小一般在0.5-0.9μm，且可看出BiPO4是由纳米颗粒组装而成。图3为所得产物的EDS图，由图可知所得到的产物存在Bi、P和O三种元素。
实施例2：制备球状BiPO4纳米粉体
取1mmol Bi(NO3)3·5H2O置于50ml锥形瓶中，加入10ml四氢呋喃及5ml无水乙醇放于磁力搅拌器上持续搅拌15min使其溶解。再取3mmol NaH2PO4·2H2O及0.1g PEG加入上述溶液中再搅拌15min。而后取出搅拌子，将锥形瓶置于超声清洗器中，调节功率为80％，时间为60min进行超声处理。将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，设置干燥温度为80℃，时间为6h，即可得白色产物。
如图5(a)、(b)所示，以PEG作为表面活性剂时，超声反应后所得到的BiPO4呈现类似球形的颗粒状且易聚集，其表面也较为粗糙，大小一般在0.1～0.3μm。
实施例3：制备梭状BiPO4微米粉体
取1mmol Bi(NO3)3·5H2O置于50ml锥形瓶中，加入15ml去离子水置于磁力搅拌器上持续搅拌15min使其溶解。再取3mmol NaH2PO4·2H2O加入上述溶液中再搅拌15min。而后取出搅拌子，将锥形瓶置于超声清洗器中，调节功率为80％，时间为60min进行超声处理。将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，设置干燥温度为80℃，时间为6h，即可得白色产物。
如图6(a)、(b)所示，以15ml去离子水作为溶剂时，超声反应后所得到的BiPO4呈现出两头小、中间大的形状较为规则的梭型晶体，但其表面较为光滑，无粗糙感，大小一般在0.5-1.0μm。
实施例4：制备米粒状BiPO4微米粉体
取1mmol Bi(NO3)3·5H2O置于50ml锥形瓶中，加入10ml四氢呋喃及5ml无水乙醇放于磁力搅拌器上持续搅拌15min使其溶解。再取3mmol NaH2PO4·2H2O及0.1g CTAB加入上述溶液中再搅拌15min。而后取出搅拌子，将锥形瓶置于超声清洗器中，调节功率为80％，时间为30min进行超声处理。将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，设置干燥温度为80℃，时间为6h，即可得白色产物。
图7(a)、(b)所示，所得到的产物BiPO4形貌成米粒状，大小不是很均一，平均粒子尺寸在0.9μm左右。所得产物是由多组粒子组装而成的，并带有孔洞结构。
Claims (3)
1.一种超声液相合成BiPO4微、纳米粉体的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)取适量Bi(NO3)3·5H2O置于锥形瓶中，加入适量溶剂(如去离子水、四氢呋喃、无水乙醇等)放于磁力搅拌器上持续搅拌使其溶解。再取适量可溶磷酸盐(如磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸氢二钠等)及表面活性剂(如十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等)加入上述溶液中再搅拌使之溶解；
(2)将步骤(1)中装有混合料的锥形瓶置于超声清洗器中，在室温下超声处理30-120min；
(3)将超声后的溶液倒入离心管中用无水乙醇和去离子水反复进行离心洗涤，数次后取出沉淀物将其置于恒温干燥箱内，即得所需产品。
2.根据权利要求1所述的超声液相合成BiPO4微、纳米粉体的方法，其特征在于所述硝酸铋、磷酸二氢钠、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)聚乙二醇(PEG)等药品纯度不低于化学纯。
3.根据权利要求1所述的双水解调控制备碱式碳酸镧纳／微米晶体的方法，其特征在于步骤(3)中所述洗涤采用去离子水和无水乙醇交替洗涤合成产物，交替洗涤3-6次。
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