CN104801294A - 一种三氧化二铋纳米球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三氧化二铋纳米球的制备方法，所述方法包括：步骤1、取用1mol/L的硝酸溶液来溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O；步骤2、在搅拌溶解的过程中加入聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇，并充分搅拌；步骤3、再加入一定量的尿素，使其充分溶解；步骤4、将混合溶液转入水热反应釜中，在设定温度下进行反应；步骤5、在反应结束后将所述反应釜冷却到室温，并用去离子洗涤多次，将洗涤好的Bi₂O₃纳米球放入烘箱中烘干，即得到Bi₂O₃纳米球粉末。该方法所制备的纳米球具有粒径均一、比表面积大的特点，且具有优异的光催化活性。

Description

一种三氧化二铋纳米球的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种三氧化二铋纳米球的制备方法。

背景技术

随着工业化的进程，有机物污染带来的环境问题日益严重，光催化这个相对较新的研究领域正在尝试着解决这个问题。传统的光催化剂因为宽的禁带宽度只能在紫外光区被激发，因此其应用受到了限制。三氧化二铋作为一种无毒、在水溶液中稳定的窄禁带宽度的半导体，在可见光区表现了很高的光催化活性。

目前，为了提高半导体光催化剂的光催化能力，许多有效的方法被广泛采用，例如离子掺杂，金属沉积，表面超酸化，复合材料等。复合不同能级结构的半导体，使两种半导体表面充分接触，形成异质结，提供了敏化半导体的带隙的可能性，两种半导体的能极差使一种半导体光激发的载流子注入到另外一个半导体中，有效地抑制了电子和空穴的复合，能提高光催化活性。另外，纳米材料的形貌和尺寸对材料的性能具有重要的影响，一般纳米尺寸的材料具有高于微米尺寸材料的活性，同时球形的形貌，具有高比表面的特点，对于催化反应有利，但现有技术方案中缺乏优异光催化能力的三氧化二铋纳米球。

发明内容

本发明的目的是提供一种三氧化二铋纳米球的制备方法,所制备的纳米球具有粒径均一、比表面积大的特点，且具有优异的光催化活性。

一种三氧化二铋纳米球的制备方法，所述方法包括：

步骤1、取用1mol/L的硝酸溶液来溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O；

步骤2、在搅拌溶解的过程中加入聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇，并充分搅拌；

步骤3、再加入一定量的尿素，使其充分溶解；

步骤4、将混合溶液转入水热反应釜中，在设定温度下进行反应；

步骤5、在反应结束后将所述反应釜冷却到室温，并用去离子洗涤多次，将洗涤好的Bi₂O₃纳米球放入烘箱中烘干，即得到Bi₂O₃纳米球粉末。

在得到所述Bi₂O₃纳米球粉末之后，所述方法还包括：

步骤6、配置一定浓度的乙酸铜的醇溶液，将所述Bi₂O₃纳米球粉末加入；

步骤7、然后超声一个小时，使Bi₂O₃纳米球充分分散，并使乙酸铜的吸附完成；

步骤8、再将Bi₂O₃纳米球离心分离，而后超声分散在氢氧化钠溶液中；

步骤9、在混合溶液中逐滴加入葡萄糖溶液，还原吸附在Bi₂O₃纳米球表面的二价铜，形成氧化亚铜；

步骤10、离心分离所得氧化亚铜表面修饰的Bi₂O₃纳米球，并水洗后放入真空干燥箱中干燥。

在所述步骤1中：每10毫升硝酸溶液溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O的量为1.3g。

在所述步骤2中，每10毫升硝酸溶液中加入的聚乙烯吡咯烷酮为0.3g，乙二醇为50mL；

且在所述步骤3中，每10毫升硝酸溶液中加入的尿素为0.16g。

在所述步骤6中：每毫升乙酸铜的醇溶液中加入0.04g的Bi₂O₃纳米球粉末。

在所述步骤8中：所述氢氧化钠溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的氢氧化钠溶液；

在所述步骤9中：所述葡萄糖溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的葡萄糖溶液。

在所述步骤9中：当所述葡萄糖溶液加入时，保持反应温度为60℃，反应时间为10分钟。

在所述步骤10中：在真空干燥箱中的具体干燥时间为12小时，具体烘干温度为60℃。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法所制备的纳米球具有粒径均一、比表面积大的特点，且具有优异的光催化活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供三氧化二铋纳米球的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例所提供负载氧化亚铜到三氧化二铋纳米球表面的流程示意图；

图3所示为本发明实施例所提供的各种三氧化二铋纳米球在可见光下降解RhB的光催化效果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例将三氧化二铋纳米球与氧化亚铜复合起来，有效地提高了两者的光催化能力。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供三氧化二铋纳米球的制备方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、取用1mol/L的硝酸溶液来溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O；

在该步骤中，每10毫升硝酸溶液可以溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O的量为1.3g。

步骤2、在搅拌溶解的过程中加入聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇，并充分搅拌；

在该步骤中，每10毫升硝酸溶液中加入的聚乙烯吡咯烷酮可以为0.3g，乙二醇可以为50mL；

而搅拌时间可以是30min左右。

步骤3、再加入一定量的尿素，使其充分溶解；

在该步骤中，每10毫升硝酸溶液中加入的尿素可以为0.16g。

步骤4、将混合溶液转入水热反应釜中，在设定温度下进行反应；

在该步骤中，可以设定在150℃的温度下反应3h；

步骤5、在反应结束后将所述反应釜冷却到室温，并用去离子洗涤多次，将洗涤好的Bi₂O₃纳米球放入烘箱中烘干，即得到Bi₂O₃纳米球粉末。

在该步骤中，烘干温度可以为60℃。

另外，在得到所述Bi₂O₃纳米球粉末之后，还可以进一步负载氧化亚铜到三氧化二铋纳米球的表面，如图2所示为负载氧化亚铜到三氧化二铋纳米球表面的流程示意图，具体方法包括：

步骤6、配置一定浓度的乙酸铜的醇溶液，将所述Bi₂O₃纳米球粉末加入；

在该步骤中，每毫升乙酸铜的醇溶液中加入0.04g的Bi₂O₃纳米球粉末。即Bi₂O₃纳米球和乙酸铜的醇溶液的量的比例为0.04g/mL。

步骤7、然后超声一个小时，使Bi₂O₃纳米球充分分散，并使乙酸铜的吸附完成；

步骤8、再将Bi₂O₃纳米球离心分离，而后超声分散在氢氧化钠溶液中；

在该步骤中，所述氢氧化钠溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的氢氧化钠溶液。

步骤9、在混合溶液中逐滴加入葡萄糖溶液，还原吸附在Bi₂O₃纳米球表面的二价铜，形成氧化亚铜；

在该步骤中，所述葡萄糖溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的葡萄糖溶液。

另外，当所述葡萄糖溶液加入时，保持反应温度为60℃，反应时间为10分钟。

步骤10、离心分离所得氧化亚铜表面修饰的Bi₂O₃纳米球，并水洗后放入真空干燥箱中干燥。

在该步骤中，在真空干燥箱中的具体干燥时间可以为12小时，具体烘干温度可以为60℃。

下面将结合具体实例对上述本发明的制备方法进行详细说明：

实施例1、首先，称量Bi(NO₃)₃·5H₂O 1.3g,溶于10mL 1mol/L的硝酸溶液中，加入乙二醇50mL，聚乙烯吡咯烷酮0.3g，然后搅拌半个小时，使其充分溶解，最后加入尿素0.16g，继续搅拌，等到尿素充分溶解后，将所得澄清透明的混合溶液装入80ml的聚四氟乙烯的内胆中，装入水热反应釜后，在150℃的烘箱中反应3h。水热过程结束后，将反应釜冷却到室温，用去离子水5遍洗涤，最后放置在60℃的烘箱中干燥12h，得到Bi₂O₃纳米球粉末备用。

然后，配置15mL 0.3mol/L的乙酸铜醇溶液，取0.6g三氧化二铋的纳米球粉末加入，超声分散1个小时，促进乙酸铜分子吸附到三氧化二铋纳米球的表面，在吸附完成后，将该悬浮液离心，取沉淀放入25mL 0.2mol/L NaOH溶液中，继续超声，使其充分分散。将所得的悬浮液水浴加热到60℃。最后将葡萄糖溶液25mL 0.2mol/L溶液在搅拌下逐滴加入，反应10min后，离心分离，水洗两遍，放入真空干燥箱中干燥12h，得到氧化亚铜表面修饰的三氧化二铋纳米球。

下表1为实施例1中用氧化亚铜表面修饰的三氧化二铋纳米球和纯的三氧化二铋纳米球的BET比表面对比，从表1可知：经过氧化亚铜的表面修饰后的三氧化二铋纳米球的比表面大于纯的三氧化二铋的纳米球。

      

样品	BET表面积
		Bi2O3纳米球	12.6902m2/g

      

      

实施例1氧化亚铜修饰的Bi2O3纳米球

60.8983m2/g

实施例2、本实施例2的Bi₂O₃纳米球的制备过程与实施例1相同。

不同之处在于，配置15mL 0.1mol/L的乙酸铜醇溶液，取0.6g三氧化二铋的纳米球粉末加入，超声分散1个小时，促进乙酸铜分子吸附到三氧化二铋纳米球的表面，在吸附完成后，将该悬浮液离心，取沉淀放入25mL 0.2mol/L NaOH溶液中，继续超声，使其充分分散。将所得的悬浮液水浴加热到60℃。最后将葡萄糖溶液25mL 0.2mol/L溶液在搅拌下逐滴加入，反应10min后，离心分离，水洗两遍，放入真空干燥箱中干燥12h，得到氧化亚铜表面修饰的三氧化二铋纳米球。

实施例3、本实施例3的Bi₂O₃纳米球的制备过程与实施例1相同。

不同之处在于，配置15mL 0.7mol/L的乙酸铜醇溶液，取0.6g三氧化二铋的纳米球粉末加入，超声分散1个小时，促进乙酸铜分子吸附到三氧化二铋纳米球的表面，在吸附完成后，将该悬浮液离心，取沉淀放入25mL 0.2mol/L NaOH溶液中，继续超声，使其充分分散。将所得的悬浮液水浴加热到60℃。最后将葡萄糖溶液25mL 0.2mol/L溶液在搅拌下逐滴加入，反应10min后，离心分离，水洗两遍，放入真空干燥箱中干燥12h，得到氧化亚铜表面修饰的三氧化二铋纳米球。

下面再进一步检验所制备的氧化亚铜表面修饰过的三氧化二铋纳米球的光催化活性：这里选用罗丹明B作为光催化降解对象，分别对三氧化二铋纳米球和实施例1、2、3中采用氧化亚铜表面修饰后的三氧化二铋纳米球进行光催化性能测试，光源为300W的氙灯，配以400nm的可见光滤光片，将100mL的5mg/L的罗丹明B溶液放入烧杯中，加以0.025g光催化剂，避光搅拌30min，以达到吸附脱附平衡，开灯进行光催化降解反应，每45min取一次样，取上清液离心分离并过滤后，再用紫外可见分光光度计检测罗丹明B的溶液浓度变化，得到光降解罗丹明B的活性图。

如图3所示为本发明实施例所提供的各种三氧化二铋纳米球在可见光下降解RhB的光催化效果示意图，从图3可知：负载氧化亚铜后的三氧化二铋纳米球的活性比纯的三氧化二铋纳米球具有更好的光催化性能。

综上所述，按照本发明实施例所提供的方法制备的三氧化二铋纳米球大小均匀，表面积大；同时能制作出氧化亚铜表面修饰的三氧化二铋纳米球颗粒，此纳米球粒径均一，通过化学还原法负载的氧化亚铜均匀，分散度好，在光催化方面具有潜在的应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、取用1mol/L的硝酸溶液来溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O；

步骤2、在搅拌溶解的过程中加入聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇，并充分搅拌；

步骤3、再加入一定量的尿素，使其充分溶解；

步骤4、将混合溶液转入水热反应釜中，在设定温度下进行反应；

步骤5、在反应结束后将所述反应釜冷却到室温，并用去离子洗涤多次，将洗涤好的Bi₂O₃纳米球放入烘箱中烘干，即得到Bi₂O₃纳米球粉末。

2.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，在得到所述Bi₂O₃纳米球粉末之后，所述方法还包括：

步骤6、配置一定浓度的乙酸铜的醇溶液，将所述Bi₂O₃纳米球粉末加入；

步骤7、然后超声一个小时，使Bi₂O₃纳米球充分分散，并使乙酸铜的吸附完成；

步骤8、再将Bi₂O₃纳米球离心分离，而后超声分散在氢氧化钠溶液中；

步骤9、在混合溶液中逐滴加入葡萄糖溶液，还原吸附在Bi₂O₃纳米球表面的二价铜，形成氧化亚铜；

步骤10、离心分离所得氧化亚铜表面修饰的Bi₂O₃纳米球，并水洗后放入真空干燥箱中干燥。

3.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中：每10毫升硝酸溶液溶解Bi(NO₃)₃·5H₂O的量为1.3g。

4.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，

在所述步骤2中，每10毫升硝酸溶液中加入的聚乙烯吡咯烷酮为0.3g，乙二醇为50mL；

且在所述步骤3中，每10毫升硝酸溶液中加入的尿素为0.16g。

5.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，在所述步骤6中：每毫升乙酸铜的醇溶液中加入0.04g的Bi₂O₃纳米球粉末。

6.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，

在所述步骤8中：所述氢氧化钠溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的氢氧化钠溶液；

在所述步骤9中：所述葡萄糖溶液的浓度是0.2mol/L，用量是每克Bi₂O₃纳米球采用41.67mL的葡萄糖溶液。

7.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，

在所述步骤9中：当所述葡萄糖溶液加入时，保持反应温度为60℃，反应时间为10分钟。

8.根据权利要求1所述三氧化二铋纳米球的制备方法，其特征在于，

在所述步骤10中：在真空干燥箱中的具体干燥时间为12小时，具体烘干温度为60℃。