CN110642261B - 一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，涉及材料科学制备领域。本发明提出了一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法。无需模板，避免了模板法的繁琐。利用了自组装和奥斯瓦尔德熟化效应，在空气中高温退火，成功得到了一种新型的磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球结构。本发明方法简单，不需特殊气氛，产率高，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明公开了一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，涉及材料制备技术领域。
背景技术
材料的结构决定了其性质和应用。空心的微纳米球状结构具有低密度、大比表面积和较高的负载容量等性质，并且它可以进一步的修饰以提高其在具体应用中的性能。例如，能量的存储、生物制药、传感器和催化等领域的应用。空心结构的合成大体上可以分为三类：硬模板法、软模板法和无模板法。虽然硬模板法和软模板法研究的时间更早，然而无模板法由于其更好的重复性和产率，更简便的步骤，更节约资源得以迅速发展。为了获取更好的性能，往往会加入活性物质将空心球功能化得到空心球复合材料。传统的制备空心球复合材料的方法是先将空心球制好，再得到空心球的复合结构材料。这存在制备繁琐，而且重复性较低的缺点。因此，开发一种一步直接制备得到空心球复合结构的方法对于无模板制备空心球法的发展有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便的、高效率的、低成本的制备磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的方法。本发明利用氧化硼和磷酸氢二铵为原料，采用简单的自组装无模板一步退火的方法，得到了磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。该方法操作简便，成本低廉，具有大规模的商品化生产前景，对于其它三明治空心球复合材料的制备具有借鉴意义。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，具体包括以下步骤：
(1)将摩尔比为1:1的氧化硼和磷酸氢二铵研磨均匀，转移到坩埚中；
(2)将坩埚置于管式炉中，程序控温，升温速率5℃/min，在800℃退火2h，自然冷却，得到白色样品。
所述三明治型空心球具体为：磷酸硼空心球为复合物主体结构，氧化硼存在于磷酸硼空心球的内外表面；其中氧化硼是纳米线状结构；三明治型空心球直径为1-3微米。
本发明的有益效果在于：
(1)开发了一种制备三明治空心球复合材料的方法。
(2)无模板法制备磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料节省了原料。
(3)一步法简化了步骤。
(4)对其它的三明治型空心球复合材料具有借鉴意义。
附图说明
图1为实例1制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料和用0.1mol/L盐酸洗过的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的X射线粉末衍射(XRD)图。
图2为实例1制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料和用0.1mol/L盐酸洗过的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的傅里叶变换红外(FTIR)图。
图3中a和b为实例1制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电镜(SEM)图；图3中c和d为实例1用0.1mol/L盐酸洗过的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电镜图。
图4为实例1制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。
图5为实例1用0.1mol/L盐酸洗过的制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的透射电子显微镜(TEM)图。
图6为实例2制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图，为便于观察样品用0.1mol/L的盐酸洗过。
图7为实例3制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图，为便于观察样品用0.1mol/L的盐酸洗过。
图8为实例4制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。
图9为实例5制备的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
本发明制备步骤如下：
将一定量的氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末倒入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保温一段时间，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。
实施例1
将1.39氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末导入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保温2h，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。(其晶型结构如图1、2所示、扫描电子显微镜图如图3、4所示、透射电子显微镜如图5所示)。
实施例2
将1.74g氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末导入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保温2h，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。结果如图6所示。
实施例3
将2.08g氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末导入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保温2h，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。结果如图7所示。
实施例4
将1.39g氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末导入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保温3h，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。结果如图8所示。
实施例5
将1.39g氧化硼和2.64g磷酸氢二铵混合，研磨均匀。将研磨均匀的粉末导入氧化铝坩埚，置于管式炉中。在静止的空气气氛下，以5℃/min升温，到800℃保5h，然后自然冷却，得到白色板结样品，研磨得到白色粉末，即磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。结果如图9所示。
本发明制备得到的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料粉末经XRD射表征(图1)，位于24.5、26.8、29.1和40.0°的衍射峰分别代表的是BPO4的(101)、(002)、(110)和(112)面的特征衍射。位于14.6和27.8°的衍射峰归属于B2O3的特征衍射峰。上述结果表明焙烧过后的磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料中含有B2O3和BPO4。对比盐酸洗过和未洗过的样品可得出氧化硼的存在与否，同样的结果也可以在FTIR图(图2)中得出。仔细观察图3中的a、b可以发现，大量的纳米线状物质覆盖在一些大颗粒表面，而被盐酸洗过的样品呈现颗粒组成的球形(图3中的c、d)。在球体的破损处可以看出其为空心结构。另外，洗过后的样品观察不到纳米线状结构的存在。因此，结合XRD和FTIR分析中B2O3存在与否，可以推测这些纳米线状结构式B2O3纳米线。通过图4可以看出，B2O3纳米线存在于空心球壳的内外表面，类似于三明治夹心结构，因此这个样品被称为磷酸硼负载氧化硼的三明治型空心球复合材料。更明显的空心结构在TEM图中被观察到，进一步证实了空心球的结构。同时，改变B2O3的用量也得到了类似的三明治空心球结构(图6、7)，只不过球体的直径更大一些。此外，在不同焙烧的时间下也可以制备出类似的三明治空心球结构(图8、9)，也是直径更大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，其特征在于：以氧化硼和磷酸氢二铵为原料，研磨混合进行高温退火，其中生成的磷酸硼颗粒在液态氧化硼中自组装及奥斯瓦尔德熟化效应成功得到磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球；所述高温退火是在空气气氛下进行；具体为采用程序控温，升温速率5℃/min，在800 ℃退火2h。
2.根据权利要求1所述的一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，其特征在于：所述氧化硼和磷酸氢二铵的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种自组装无模板制备磷酸硼负载氧化硼复合物的三明治型空心球的方法，其特征在于：所述三明治型空心球具体为：磷酸硼空心球为复合物主体结构，氧化硼存在于磷酸硼空心球的内外表面；其中氧化硼是纳米线状结构。
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