CN107445198A - 一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法 - Google Patents

一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法,主要包括如下步骤:分别制备Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B,将A\B两者按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到体积为40ml,摩尔浓度为5‑7mol/L的矿化剂中,磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。本方法制备得到了具有微米级大小,单分散球形形貌和结晶良好的Bi4Ti3O12球形粉体颗粒,制得的表面有纳米级凹凸片状形貌的微球可以有效的提高材料比表面积,有利于提高Bi4Ti3O12材料在光催化降解有机物方面的性能,使其在污水处理及新能源领域具有更广泛的应用。

Description

一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法
技术领域
本发明涉及Bi4Ti3O12晶体材料制备技术领域,尤其涉及一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法。
背景技术
钛酸铋(Bi4Ti3O12)作为一种新型的功能材料,由于具有优良的铁电、高的介电性能,在非挥发性存储器件和微电子器件方面有良好的应用前景。由于它的优良光电和电光性质,钛酸铋被研究用作光信息处理材料,且在可见光照射下,展现出较好的光催化活性。随着目前人们对环境污染问题的愈加重视,而钛酸铋作为一种钙钛矿型结构材料,在光催化领域也逐渐受到了关注和研究。
目前钛酸铋粉体的制备方法有:固相反应法、高能球磨法、共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。一般采用固相反应法制备的Bi4Ti3O12粉体粒度大且烧结活性低,晶粒过分长大,反应不易完全,原料各种组分难以混合均匀等缺点,一定程度地影响了Bi4Ti3O12的使用。高能球磨法的缺点是Bi4Ti3O12的粒度分布不均匀,容易引进杂质并出现粉料的分散和团聚问题。而水热法能够在较低的温度下直接从溶液中获得晶粒发育完整的粉末,且粉体的纯度较高、化学成分均匀、粒径小粒子尺寸分布均匀。研究表明,由于球形形态具有均匀紧密堆积的特性,制备的球形Bi4Ti3O12粉体在光催化领域的研究应用也越来越广泛。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法。
本发明的技术方案是一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法,包括如下步骤:
(1)、将3.8g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在25ml的4mol/L HNO3溶液中,待晶体溶解后将30ml的氨水缓慢倒入到溶液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Bi(OH)3白色粉末A;
(2)、将2ml的Ti(OC4H9)4与20ml乙醇制成混合液,将20ml的氨水缓慢倒入混合液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Ti(OH)4白色粉末B;
(3)、将上述Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到体积为40ml,摩尔浓度为5-7mol/L的矿化剂中,磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。
所述矿化剂为NaOH或KOH溶液。
所述微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的形貌直径约为1μm,由长宽约在200-300nm,厚度约为25nm的片状组装成,晶体分布均匀,大小均一。
有益效果
1、本发明通过对水热工艺的控制,先通过反应得到Bi(OH)3和Ti(OH)4,再与矿化剂混合进行水热反应,制备得到了具有微米级大小,单分散球形形貌和结晶良好的Bi4Ti3O12球形粉体颗粒,制得的表面有纳米级凹凸片状形貌的微球可以有效的提高材料比表面积,有利于提高Bi4Ti3O12材料在光催化降解有机物方面的性能,使其在污水处理及新能源领域具有更广泛的应用。
2、本发明制得的微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的球形直径约为1μm,属于微米级,大的颗粒直径使得Bi4Ti3O12晶体用作催化剂等易于回收。
3、Bi4Ti3O12微米球是由纳米片状结构分级结构,相较于表面光滑的微米球有利于提高材料的比表面积,且表面的凹凸形貌有利于与其他材料复合形成异质结构,利于从多方面进一步提高催化性能。
附图说明
图1是实施例1中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图;
图2是实施例1中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的高倍扫描电子显微图;
图3是实施例1中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的XRD图;
图4是实施例2中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图;
图5是对比实施例1中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图;
图6是对比实施例2中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了使本领域的技术人员更好地理解本发明,并不对本发明作任何的限制。
实施例1
(1)将3.8g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在25ml的4mol/L HNO3溶液中,待晶体溶解后将30ml的氨水缓慢倒入到溶液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Bi(OH)3白色粉末A;
(2)将2ml的Ti(OC4H9)4与20ml乙醇制成混合液,将20ml的氨水缓慢倒入混合液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Ti(OH)4白色粉末B;
(3)将Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到40ml矿化剂NaOH溶液为7mol/L中磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。
图1为本实施例得到的微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图,可以看出Bi4Ti3O12晶体整体为球形,直径约为1μm,且晶体分布均匀,球形表面有小突起。
图2为本实施例得到的微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的高倍扫描电子显微图,可以看出Bi4Ti3O12晶体是由纳米片状组装成,片状长宽约在200-300nm,厚度约为25nm。
图3为实施例1中微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的XRD图,可以看出制备的粉体为Bi4Ti3O12,与PDF标准卡片35-0795的峰完全对应,其峰窄、峰形尖锐且强度高,表明晶体结构完整。
实施例2
(1)将3.8g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在25ml的4mol/L HNO3溶液中,待晶体溶解后将30ml的氨水缓慢倒入到溶液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Bi(OH)3白色粉末A;
(2)将2ml的Ti(OC4H9)4与20ml乙醇制成混合液,将20ml的氨水缓慢倒入混合液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Ti(OH)4白色粉末B;
(3)将Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到40ml矿化剂NaOH溶液为5mol/L中磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。
图4为本实施例得到的微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的扫描电子显微图,直径约为1μm,且晶体分布均匀,可以看出是由片状晶体组装成球状,完整性较好。
实施例3
(1)将3.8g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在25ml的4mol/L HNO3溶液中,待晶体溶解后将30ml的氨水缓慢倒入到溶液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Bi(OH)3白色粉末A;
(2)将2ml的Ti(OC4H9)4与20ml乙醇制成混合液,将20ml的氨水缓慢倒入混合液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Ti(OH)4白色粉末B;
(3)将Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到40ml矿化剂KOH溶液为6mol/L中磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。
对比实施例1
步骤(3)中将矿化剂NaOH溶液调整为4mol/L,其余条件同实施例1。得到的Bi4Ti3O12粉末的扫描电子显微镜图如图5所示。从图片中可以看出只有一小部分表面片状凸起,直径大约在500nm微球外,其他微球表面光滑无颗粒状或片状,直径为0.2-0.6μm。原因是矿化剂浓度不高不足以使全部晶核以片状形貌来进行生长,所以只有少部分微球是由片状组装而成。
对比实施例2
步骤(3)中将Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B调整为按Bi:Ti摩尔比=6:3称量,其余条件同实施例2。得到的Bi4Ti3O12粉末的扫描电子显微镜图如图6所示。从图片可以看出产物的形貌为纳米片状组装成的微米球、中间宽,两端尖的针状和散落在周围的片状。球状粒径大约为0.5-1μm。针状的长约2-3μm,宽为300nm。原因是水热原料中提供的Bi元素过量,导致片状无法组装成球状,散落在周围,且Bi4Ti3O12沿着片状继续生长,形成针状。
应当理解的是,这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明,对本领域技术人员来说,可以加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体材料制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)、将3.8g的Bi(NO3)3·5H2O溶解在25ml的4mol/L HNO3溶液中,待晶体溶解后将30ml的氨水缓慢倒入到溶液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Bi(OH)3白色粉末A;
(2)、将2ml的Ti(OC4H9)4与20ml乙醇制成混合液,将20ml的氨水缓慢倒入混合液中,生成白色沉淀,将沉淀经离心、洗涤、烘干后得到Ti(OH)4白色粉末B;
(3)、将上述Bi(OH)3粉末A与Ti(OH)4粉末B按Bi:Ti摩尔比=4:3称量,加入到体积为40ml,摩尔浓度为5-7mol/L的矿化剂中,磁力搅拌均匀,待溶液颜色变为淡黄色时,将溶液加入到50ml的水热釜中在200℃下加热12h,经离心、洗涤、烘干得到微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体粉末。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述矿化剂为NaOH或KOH溶液。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述微纳米球状分级结构Bi4Ti3O12晶体的形貌直径约为1μm,由长宽约在200-300nm,厚度约为25nm的片状组装成,晶体分布均匀,大小均一。
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