CN115367796B - 一种银铋氧系纳米粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，该方法包括：一、将银和氧化铋加入到硝酸溶液中并加热溶解得到硝酸银铋前驱液；二、将硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，然后热解得到银铋氧系纳米粉末原料；三、将银铋氧系纳米粉末原料进行后退火热处理，得到银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末。本发明采用对硝酸银铋前驱液进行超声雾化并结合热解工艺，实现了对银铋氧系纳米粉末原料形貌、尺寸和组分的精确控制，再结合后退火热处理工艺，有效调控了产物银铋氧系纳米粉末的形貌、尺寸和组分，工艺简单，容易实现银铋氧系纳米粉末的大批量制备。
Description
技术领域
本发明属于纳米粉末材料制备技术领域，具体涉及一种银铋氧系纳米粉末的制备方法。
背景技术
铋酸银纳米材料在催化领域具有广泛的用途，其制备技术是纳米材料研究的热点之一。例如，铋酸银纳米线可应用于光催化，降解有机污染物；铋酸银纳米柱应用于电催化还原二氧化碳，将温室气体转化为甲酸盐或乙烯等，实现了能源再生。此外，铋酸银纳米材料也可以应用于铋系超导粉末中，作为形核生长的中心，提升块材的超导性能。
目前，铋酸银纳米材料的常规制备方法是采用水热合成、共沉淀、以及电化学镀等。这些制备方法通常无法制备大量纳米粉末，制备过程中容易引入其他杂质，需要对含有纳米粒子的溶液进行分离或者洗涤，纳米粉末的形状较难控制。常规方法很难调控双金属纳米材料的形状和组份。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种银铋氧系纳米粉末的制备方法。该方法采用对硝酸银铋前驱液进行超声雾化并结合热解工艺，实现了对银铋氧系纳米粉末原料形貌、尺寸和组分的精确控制，再结合后退火热处理工艺，有效调控了产物银铋氧系纳米粉末的形貌、尺寸和组分，工艺简单，容易实现银铋氧系纳米粉末的大批量制备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:x的原子比加入到硝酸溶液中并加热溶解，其中x为0.1～1，然后加入去离子水调节pH＝1～3，得到硝酸银铋前驱液；所述硝酸银铋前驱液的浓度为0.01mol/L～1mol/L；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，然后利用载气将雾滴送入恒温的热解炉的管道中进行热解，得到银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到银铋氧系纳米粉末原料进行后退火热处理，得到银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末；所述后退火热处理的温度为400℃～600℃，采用的气氛为氩气与氧气的混合气体，或者氩气与硫化氢的混合气体；所述银铋氧纳米粉末的分子式为AgBixO3x-y，其中y＝0～0.3，所述银铋氧硫纳米粉末的分子式为AgBixO3x-zSz，其中z＝0.5～1。
本发明首先配制均匀稳定的硝酸银铋前驱液，并采用超声喷雾后热解的方法制备得到银铋氧系纳米粉末原料，然后经后退火热处理得到银铋氧系纳米粉末包括银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末。本发明的制备过程中，利用超声雾化结合热解工艺，克服了常规方法的设备或条件限制，实现了大批量银铋氧系纳米粉末的制备，同时通过控制硝酸银铋前驱液的浓度、超声雾化和热解工艺，实现了对银铋氧系纳米粉末原料形貌、尺寸和组分的精确控制，减少了常规方法制备银铋氧系纳米粉末的步骤多、形貌不均匀等问题；进一步地，本发明通过控制后退火热处理工艺，进一步调控银铋氧系纳米粉末的形貌、尺寸和组分，获得具有不同性能的银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末，适用于不同应用领域，扩大了本发明制备方法的应用范围。
上述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述加热溶解的温度为90℃。该温度促进了银和氧化铋在硝酸溶液中的充分溶解，提高了氧化铋与硝酸的反应速度。
上述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述超声雾化的功率为50W～100W，所述载气为氮气或者空气，所述恒温的热解炉的温度为300℃～600℃。本发明通过控制超声雾化功率的功率保证了硝酸银铋前驱液经超声雾化形成雾滴；通过载体控制硝酸银铋前驱液雾滴中银的还原程度，通常选择空气作为载气，而选择氮气作为载气可降低热解温度；通过控制恒温的热解炉的温度即热解温度，一方面保证了硝酸银铋充分分解，避免温度过高导致纳米银析出长成大晶粒，另一方面通过控制热解温度和硝酸银铋前驱液的浓度调节银铋氧系纳米粉末原料形貌，具体地，采用较低的热解温度以得到球状的银铋氧系纳米粉末原料，采用较锆的热解温度以得到笼状的银铋氧系纳米粉末原料，采用较低的硝酸银铋前驱液的浓度以得到纳米级点状和针状的银铋氧系纳米粉末原料。
上述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中所述氩气与氧气的混合气体中氧气的体积百分含量为0～1％，余量为氩气，所述氩气与硫化氢的混合气体中硫化氢的体积百分含量为5％～50％，余量为氩气。本发明对混合气体中组分进行限定，通过控制氩气与氧气的混合气体中氧气的体积百分含量，进而调节银铋氧纳米粉末中的氧含量，通过在氩气中引入硫化氢气体并控制硫化氢气体的体积百分含量，进而调节银铋氧纳米粉末中的硫含量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用对硝酸银铋前驱液进行超声雾化并结合热解工艺，实现了对银铋氧系纳米粉末原料形貌、尺寸和组分的精确控制，再结合后退火热处理工艺，有效调控了产物银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末的形貌、尺寸和组分，工艺简单，容易控制。
2、本发明采用对硝酸银铋前驱液进行超声雾化后热解、后退火热处理工艺制备银铋氧系纳米粉末，制备过程中不引入其他杂质，无需过滤或这洗涤等去除杂质过程，简单易操作，实现了大批量银铋氧系纳米粉末的制备。
3、本发明通过调节硝酸银铋前驱液浓度和超声雾化热解参数，可实现球状和笼状银铋氧系纳米粉末原料的制备，通过调节硝酸银铋前驱液浓度和热解温度，可实现片状、点状和针状银铋氧系纳米粉末原料的制备，从而获得不同形貌的银铋氧系纳米粉末原料，为获得不同形貌的目标产物银铋氧系纳米粉末奠定基础。
4、本发明通过调节后退火热处理的温度，可将笼状银铋氧系纳米粉末原料转化为片状或柱状银铋氧系纳米粉末，将球状银铋氧系纳米粉末原料转化为柱状或针状银铋氧系纳米粉末，实现对产物银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末形貌的控制，同时通过调节退火热处理的气氛，调节银铋氧系纳米粉末中的氧含量，提高了其制备的银铋氧纳米材料的光催化性能，或者在银铋氧系纳米粉末中引入硫元素，提高了其制备的银铋氧纳米材料的催化还原二氧化碳的性能，实现了对银铋氧系纳米粉末组分的控制。
5、本发明方法制备的点状银铋氧纳米粉末应用添加到铋系超导粉末中，促进了超导粉末的熔化生长，有利于提高Bi2223和Bi2212块材的性能。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:1的原子比加入到硝酸溶液中并在90℃下加热溶解，然后加入去离子水调节pH＝1，得到浓度为1mol/L的硝酸银铋前驱液；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，超声雾化的功率为50W，然后利用空气载气将雾滴送入温度为600℃恒温的热解炉的管道中进行热解，得到笼状银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到笼状银铋氧系纳米粉末原料进行后退火热处理，后退火热处理的温度为400℃，采用的气氛为氩气与氧气的混合气体，其中氧气的体积百分含量为1％，余量为氩气，得到分子式为AgBiO3的片层状银铋氧纳米粉末。
经检测，本实施例制备的分子式为AgBiO3的片层状银铋氧纳米粉末具有优异的光催化性能，将该片层状银铋氧纳米粉末添加到Bi-2212超导粉末中，提高了Bi-2212超导块材的超导性能。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:0.1的原子比加入到硝酸溶液中并在90℃下加热溶解，然后加入去离子水调节pH＝3，得到浓度为0.01mol/L的硝酸银铋前驱液；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，超声雾化的功率为100W，然后利用氮气载气将雾滴送入温度为300℃恒温的热解炉的管道中进行热解，得到球状银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到球状银铋氧系纳米粉末原料进行后退火热处理，后退火热处理的温度为600℃，采用的气氛为氩气，得到分子式为AgBi0.1O0.3的柱状银铋氧纳米粉末。
经检测，本实施例制备的分子式为AgBi0.1O0.3的柱状银铋氧纳米粉末具有优异的光催化性能。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:0.7的原子比加入到硝酸溶液中并在90℃下加热溶解，然后加入去离子水调节pH＝2，得到浓度为0.5mol/L的硝酸银铋前驱液；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，超声雾化的功率为90W，然后利用氮气载气将雾滴送入温度为500℃恒温的热解炉的管道中进行热解，得到笼状银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到笼状银铋氧系纳米粉末原料在进行后退火热处理，后退火热处理的温度为500℃，采用的气氛为氩气，得到分子式为AgBi0.7O1.8的柱状银铋氧纳米粉末。
经检测，本实施例制备的分子式为AgBi0.7O1.8的柱状银铋氧纳米粉末具有优异的光催化性能。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:0.5的原子比加入到硝酸溶液中并在90℃下加热溶解，然后加入去离子水调节pH＝2，得到浓度为0.1mol/L的硝酸银铋前驱液；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，超声雾化的功率为70W，然后利用空气载气将雾滴送入温度为500℃恒温的热解炉的管道中进行热解，得到空心笼状银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到空心笼状银铋氧系纳米粉末原料在进行后退火热处理，后退火热处理的温度为500℃，采用的气氛为氩气与硫化氢的混合气体，其中硫化氢的体积百分含量为50％，余量为氩气，得到分子式为AgBi0.5O0.5S的柱状银铋氧硫纳米粉末。
经检测，本实施例制备的分子式为AgBi0.5O0.5S的柱状银铋氧硫纳米粉末具有优异的催化还原二氧化碳的性能。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:0.9的原子比加入到硝酸溶液中并在90℃下加热溶解，然后加入去离子水调节pH＝2，得到浓度为0.8mol/L的硝酸银铋前驱液；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，超声雾化的功率为70W，然后利用空气载气将雾滴送入温度为600℃恒温的热解炉的管道中进行热解，得到空心笼状银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到空心笼状银铋氧系纳米粉末原料在进行后退火热处理，后退火热处理的温度为600℃，采用的气氛为氩气与硫化氢的混合气体，其中硫化氢的体积百分含量为5％，余量为氩气，得到分子式为AgBi0.9O2.2S0.5的柱状银铋氧硫纳米粉末。
经检测，本实施例制备的分子式为AgBi0.9O2.2S0.5的柱状银铋氧硫纳米粉末具有优异的催化还原二氧化碳的性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将银和氧化铋按照Ag:Bi＝1:x的原子比加入到硝酸溶液中并加热溶解，其中x为0.1～1，然后加入去离子水调节pH＝1～3，得到硝酸银铋前驱液；所述硝酸银铋前驱液的浓度为0.01mol/L～1mol/L；
步骤二、将步骤一中得到的硝酸银铋前驱液进行超声雾化形成雾滴，然后利用载气将雾滴送入恒温的热解炉的管道中进行热解，得到银铋氧系纳米粉末原料；
步骤三、将步骤二中得到银铋氧系纳米粉末原料进行后退火热处理，得到银铋氧纳米粉末或银铋氧硫纳米粉末；所述后退火热处理的温度为400℃～600℃，采用的气氛为氩气与氧气的混合气体，或者氩气与硫化氢的混合气体；所述银铋氧纳米粉末的分子式为AgBixO3x-y，其中y＝0～0.3，所述银铋氧硫纳米粉末的分子式为AgBixO3x-zSz，其中z＝0.5～1。
2.根据权利要求1所述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述加热溶解的温度为90℃。
3.根据权利要求1所述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述超声雾化的功率为50W～100W，所述载气为氮气或者空气，所述恒温的热解炉的温度为300℃～600℃。
4.根据权利要求1所述的一种银铋氧系纳米粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中所述氩气与氧气的混合气体中氧气的体积百分含量为0～1％，余量为氩气，所述氩气与硫化氢的混合气体中硫化氢的体积百分含量为5％～50％，余量为氩气。
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