CN111533168B - 一种铋硫氯微粒的制备方法 - Google Patents

一种铋硫氯微粒的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111533168B
CN111533168B CN202010340478.4A CN202010340478A CN111533168B CN 111533168 B CN111533168 B CN 111533168B CN 202010340478 A CN202010340478 A CN 202010340478A CN 111533168 B CN111533168 B CN 111533168B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth
ball milling
powder
chloride
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010340478.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111533168A (zh
Inventor
张瀚
朱艳
胡永茂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN202010340478.4A priority Critical patent/CN111533168B/zh
Publication of CN111533168A publication Critical patent/CN111533168A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111533168B publication Critical patent/CN111533168B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G29/00—Compounds of bismuth
    • C01G29/006—Compounds containing, besides bismuth, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开一种铋硫氯微粒的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明所述方法为在保护气氛下将硫化铋和氯化铋粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1～1:1.02；容器填充度为10％～30％；使用马弗炉通过一步加热方式，对密封球磨罐进行加热，让其内部粉体进行固相烧结反应；烧结完成后自然冷却至室温，获得深红色粉末，加入质量百分比浓度为3％～5％的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末。本发明所述方法简单、成本低，适合批量合成。

Description

一种铋硫氯微粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铋硫氯微粒的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
BiIII-VIA-VIIA化合物因其独特的热电和光电性能以及带隙的较大温度依赖性而受到广泛关注。由于具有适当的带隙，高密度和高化学稳定性，BiSX，BiOCl和CdZnTe已广泛用于光催化和光伏电池。另外，由于固有的大塞贝克系数(α)和低导热系数(κ)，这些化合物在热电领域具有潜在的应用。
尽管Bi2Te3和PbTe基化合物因其优异的热电特性而得到了广泛的研究，但Te的稀有性和Pb的毒性不能支持其长期发展。作为BiIII-VIA-VIIA化合物的成员，无毒的BiSCl由于具有高地球丰度，极低的导热率和相对较高的塞贝克系数，有望成为一种新型的清洁能源。此外，利用HSE+SOC进行的计算表明，BiSCl的带隙约为2.04eV，表明BiSCl在光电领域的潜在应用。
经过调研发现，传统的BiSCl晶体生长方法，例如通过Bridgeman-Stockbarger技术的气相生长和熔体生长，通常需要特殊且复杂的设备或复杂的技术。此外，生长温度高(≥600℃)，必须仔细控制温度梯度。Nitsche等。用Bridgeman-Stockbarger方法合成了BiSCl，其晶粒尺寸为550nm，其中使用了专用设备和复杂技术。谢等。水热法在5天内合成了15μm针状BiSCl晶粒。Ruck等。通过熔融盐工艺制备了BiSCl粉末，历时5天。在大多数合成中，有毒的H2S与复杂的热处理一起使用。大多数过程耗时且耗能，并且在整个过程中可能发生氧化。有毒的原料、复杂的制备工艺及超长时间的制备过程不利于实现高效、快速的制备铋硫氯，极大程度制约了研究人员对本材料的研究兴趣及进程。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题的提供一种铋硫氯微粒的制备方法，采用固相烧结法，通过一步加热的方式法合成铋硫氯微粒，具体包括以下步骤：
(1)在保护气氛下将硫化铋和氯化铋粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1～1:1.02；容器填充度为10％～30％。
(2)完成步骤(1)后，使用马弗炉通过一步加热方式，对密封球磨罐进行加热，让其内部粉体进行固相烧结反应；
(3)烧结完成后自然冷却至室温，获得深红色粉末，加入质量百分比浓度为3％～5％的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末。
优选的，本发明步骤(1)中所使用保护气氛为干燥氮气，含水量＜48mg/m3。
优选的，本发明步骤(1)使用行星球磨机所使用的转速为500r/min，球磨时间为10min。
优选的，本发明步骤(2)所使用的烧结温度及时间为190～230℃，9h。
本发明所制备的板条状铋硫氯微纳米晶可用于热电转换材料、光催化以及光电水解等领域。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述方法所用到的原料易得、无毒、成本低；使用密封烧结装置，使整个工艺操作在干燥N2条件下进行，减少了材料因制备过程中的水解及氧化带来的杂相的生成，制备过程简单、直观可控；设备要求低，易于实现大规模生产。
(2)本发明制备过程中使用固相烧结方法，制备简单，无有毒的H2S的使用，降低了环境污染，及保护制备人员的身体健康安全，并极大程度简化了制备工艺流程。同时将制备时间由5天缩短至9h。
(3)本发明所述所述方法制备得到的铋硫氯粉体结晶性好、尺寸均匀，可见光区域具有良好的吸收，所得铋硫氯粉体禁带宽度为1.7-1.9eV,为窄带隙半导体材料，且不溶于水、酒精等常用液体且可以稳定存在，大气环境下室温不易氧化，在适合用于光催化光降解等领域；同时该材料具有极高的塞贝克系数，及较低的热导率，在热电材料也期望存在一定的应用价值。
附图说明
图1为发明流程示意图；
图2为实施例1制备的样品的XRD图；
图3为实施例1制备的样品的SEM图；
图4为实施例1制备的样品的UV-vis吸收光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种板条状铋硫氯微纳米颗粒制备方法，具体步骤包括：
(1)在保护气氛下将硫化铋(Bi2S3)和氯化铋(BiCl3)粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1；容器填充度为10％。
(1)按照摩尔比1:1比例，根据装置填充度要求称取适量的硫化铋(Bi2S3)、氯化铋(BiCl3)置于装置中，本实例采用硫化铋5.14g、氯化铋3.15g；上紧密封螺丝，对装置进行密封。
(2)完成步骤(1)后，通过进气管道对装置内部注入干燥的氮气，将排气管道的开关活塞旋转至开放状态，使内部空气排出；注满氮气之后，将开关活塞旋转至关闭状态，同时装好进气管道密封塞。
(3)将步骤(2)的密封烧结装置通过行星式球磨机对内部原料进行研磨混合，转速500r/min，研磨时间10min。
(4)完成步骤(3)后，将密封烧结装置放入加热装置中进行一步加热反应，本实例采用马弗炉；烧结温度227℃，升温速率5℃/min，保温9h。
(5)烧结完成，自然冷却至室温，取出装置中物质，分离研磨球，加入质量百分比浓度为3％的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末，即可得到深红色铋硫氯粉末。
本实施例所制备的铋硫氯晶体XRD如图2所示，可以看出所制备的产物为纯相铋硫氯晶体，且具有极高的结晶性；制备的板条状铋硫氯晶体SEM如图3所示，其尺寸为宽60～100nm，长3μm左右的板条状晶体；制备的板条状铋硫氯晶体UV-vis如图4所示，其在270-700nm近紫外及可见光波段有强吸收系数，外推其带隙值为1.7-1.9eV，适用于可见光段光降解及光催化。
实施例2
一种板条状铋硫氯微纳米颗粒制备方法，具体步骤包括：
(1)在保护气氛下将硫化铋(Bi2S3)和氯化铋(BiCl3)粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1；容器填充度为10％。
(2)完成步骤(1)后，通过进气管道对装置内部注入干燥的氮气，将排气管道的开关活塞旋转至开放状态，使内部空气排出；注满氮气之后，将开关活塞旋转至关闭状态，同时装好进气管道密封塞。
(3)将步骤(2)的密封烧结装置通过行星式球磨机对内部原料进行研磨混合，转速500r/min，研磨时间10min。
(4)完成步骤(3)后，将密封烧结装置放入加热装置中进行一步加热反应，本实例采用马弗炉；烧结温度190℃，升温速率5℃/min，保温9h。
(5)烧结完成，自然冷却至室温，取出装置中物质，分离研磨球，加入质量百分比浓度为4％的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末，即可得到深红色铋硫氯粉末。
本实施例所制备的铋硫氯晶体为纯相铋硫氯晶体，且具有极高的结晶性；制备的板条状铋硫氯晶体与实施例1类似，其尺寸为宽60～100nm，长3μm左右的板条状晶体；其在270-700nm近紫外及可见光波段有强吸收系数，外推其带隙值为1.7-1.9eV。
实施例
一种板条状铋硫氯微纳米颗粒制备方法，具体步骤包括：
(1)在保护气氛下将硫化铋(Bi2S3)和氯化铋(BiCl3)粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1.02；本实例采用硫化铋5.14g、氯化铋3.21g；容器填充度为10％。
(2)完成步骤(1)后，通过进气管道对装置内部注入干燥的氮气，将排气管道的开关活塞旋转至开放状态，使内部空气排出；注满氮气之后，将开关活塞旋转至关闭状态，同时装好进气管道密封塞。
(3)将步骤(2)的密封烧结装置通过行星式球磨机对内部原料进行研磨混合，转速500r/min，研磨时间10min。
(4)完成步骤(3)后，将密封烧结装置放入加热装置中进行一步加热反应，本实例采用马弗炉；烧结温度200℃，升温速率5℃/min，保温9h。
(5)烧结完成，自然冷却至室温，取出装置中物质，分离研磨球，加入质量百分比浓度为5％的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末，即可得到深红色铋硫氯粉末。
本实施例所制备的铋硫氯晶体为纯相铋硫氯晶体，且具有极高的结晶性；制备的板条状铋硫氯晶体与实施例1类似，其尺寸为宽60～100nm，长3μm左右的板条状晶体；其在270-700nm近紫外及可见光波段有强吸收系数，外推其带隙值为1.7-1.9eV。

Claims (3)

1.一种铋硫氯微粒的制备方法，其特征在于，具有包括以下步骤：
（1）在保护气氛下将硫化铋和氯化铋粉放入行星球磨机的球磨罐中，上紧密封螺丝，完成装置封闭，然后注入保护气体，球磨混匀后备用；其中，硫化铋和氯化铋的摩尔比为1:1~1:1.02；容器填充度为10% ~30%；
（2）完成步骤（1）后，使用马弗炉通过一步加热方式，对密封球磨罐进行加热，让其内部粉体进行固相烧结反应；
（3）烧结完成后自然冷却至室温，获得深红色粉末，加入质量百分比浓度为3%~5%的盐酸清洗、干燥后即可得到纯相的铋硫氯粉末；
步骤（2）所使用的烧结温度及时间为190~230℃，9 h。
2.根据权利要求1所述铋硫氯微粒的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所使用保护气氛为干燥氮气，含水量＜48 mg/m3。
3.根据权利要求1所述铋硫氯微粒的制备方法，其特征在于：步骤（1）使用行星球磨机所使用的转速为500r/min，球磨时间为10min。
CN202010340478.4A 2020-04-26 2020-04-26 一种铋硫氯微粒的制备方法 Active CN111533168B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010340478.4A CN111533168B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种铋硫氯微粒的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010340478.4A CN111533168B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种铋硫氯微粒的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111533168A CN111533168A (zh) 2020-08-14
CN111533168B true CN111533168B (zh) 2021-12-28

Family

ID=71971171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010340478.4A Active CN111533168B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种铋硫氯微粒的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111533168B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112939078B (zh) * 2021-01-26 2023-02-28 昆明理工大学 一种提高硫化铋基热电材料性能的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394035A (zh) * 2017-07-06 2017-11-24 武汉科技大学 一种Sb掺杂BiCuSeO热电材料及其制备方法
CN110227502A (zh) * 2019-06-11 2019-09-13 杭州电子科技大学 一种常温一步制备氯化氧铋/硫化铋纳米花异质结的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111533168A (zh) 2020-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. Hydrothermal and solvothermal syntheses
Wang et al. CsPbBr3 nanocrystals prepared by high energy ball milling in one-step and structural transformation from CsPbBr3 to CsPb2Br5
Yu et al. A new low temperature one-step route to metal chalcogenide semiconductors: PbE, Bi 2 E 3 (E= S, Se, Te)
CN102337524B (zh) 一种铋基硫族化合物热电薄膜的制备方法
Jose et al. Structural and optical properties of nanosized ZnO/ZnTiO3 composite materials synthesized by a facile hydrothermal technique
Soni et al. Studies on ZnO nanorods synthesized by hydrothermal method and their characterization
CN111533168B (zh) 一种铋硫氯微粒的制备方法
Zayyoun et al. Effect of solvent on the morphological and optical properties of CuO nanoparticles prepared by simple sol-gel process
CN106116587A (zh) 一种立方相Ca2Si热电材料及其制备方法
Long et al. Synthesis of hexagonal wurtzite Cu2ZnSnS4 prisms by an ultrasound-assisted microwave solvothermal method
Jiang et al. Shape and stoichiometry control of bismuth selenide nanocrystals in colloidal synthesis
CN109384203B (zh) 一种黄铁矿型二硒化铜及其制备方法
CN114686986B (zh) 一种SnSe2单晶的制备方法
Ghosh et al. Morphological evolution of hexapod Cu2O microcrystals by a rapid template-free autoclaving technique
CN109647373A (zh) 黑色氧化铟超薄纳米片及其制备方法和光热催化应用
CN108217732A (zh) 一种纤锌矿cmts纳米晶的制备方法
CN109943338A (zh) 一种近红外发光稀土掺杂的硒化铟纳米片制备方法
CN102219494A (zh) 一种制备P型CuAlO2半导体体材料的方法
CN106564864B (zh) 铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法
CN112978795B (zh) 一种BaZrS3纳米晶的制备方法及应用
CN102659084A (zh) 一种硒化锌纳米粉末的制备方法
CN103601157B (zh) 一种乙二胺辅助多元醇基溶液合成铜铟铝硒纳米晶的方法
Alemi et al. Preparation and characterization of neodymium tin oxide pyrochlore nanocrystals by the hydrothermal method
Abhinay et al. Synthesis of ferroelectric 0.9 KNbO3-0.1 Ba (Nb1/2Ni1/2) O3-δ through one step hydrothermal reaction: Characterization and photocatalytic properties
Das et al. Cu2ZnSnSe4 photovoltaic absorber grown by vertical gradient freeze technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant