專利名稱：一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法
技術領域：
本發明涉及一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法，特別是采用光化學方法實現了鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長。
背景技術：
金屬納米粒子具有獨特的物理化學性能并且在催化、光電子器件、磁性材料、涂層材料等領域具有廣泛的應用前景，因此它的制備得到了廣泛的研究。各種基于氣相和液相方法用于金屬納米粒子的制備，但是到目前為止，在室溫下通過直接還原金屬氧化物制備金屬納米粒子的相關報道較為少見。光化學方法在制備金屬納米粒子方面具有一些優勢如反應條件溫和在室溫下就能進行；綠色環保只通過光照就能實現。但目前通過光化學方法制備金屬納米粒子的過程，一般都是通過還原金屬鹽類來實現的，如可通過光化學還原AuCl3 · HCl · 4H20水溶液來制備金納米粒子、通過光化學還原PtCl4 · 2HC1 · 4H20來制備鉬納米粒子、通過光化學還原AgNO3來制備銀納米粒子。另外，光化學還原法只是用來制備過渡金屬納米粒子，通過光化學還原金屬氧化物來制備主族金屬納米粒子的方法未見著于公開文獻。
發明內容
本發明目的是提供一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法，該方法將采用熔鹽法或高溫固相法制備的含鉍氧化物加入到甲醇、乙醇或葡萄糖的水溶液中，在紫外光的照射下，在含鉍氧化物的表面形成粒徑分比較布均勻的鉍納米粒子。本發明具有制備條件溫和、工藝簡單、成本低等優點，制備的鉍納米粒子的特點在于粒徑較小，附著在氧化物基底上，通過本發明所述方法獲得的在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子可用于納米電子領域、催化領域及超導材料等，該方法工藝簡單、在室溫下通過光照就能實現鉍金屬納米粒子在氧化物表面的原位均勻生長。本發明所述的一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法，按下列步驟進行
a、將采用熔鹽法或高溫固相法制備的含鉍氧化物為SrBi2Ta209、CaBi2Ta2O9,BaBi2Ta2O9, SrBi2Nb2O9, CaBi2Nb2O9或BaBi2Nb2O9粉末加入含有光生空穴捕獲劑為甲醇、乙醇、甲醛或葡萄糖的水溶液中；
b、將步驟a所得的溶液用紫外光照射，放置于波長在254-400nm的紫外光源下、輻照強度在5-100mW/cm2，攪拌子轉速在300轉/分鐘-1000轉/分鐘，攪拌反應2_50小時，溫度為10-70°C，進行光化學反應；
C、反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長。步驟a所述含鉍氧化物的質量濃度為O. 5_5g/L。步驟a所述光生空穴捕獲劑的質量濃度為10_200g/L。
圖1為本發明光化學反應后熔鹽法制備SrBi2Ta2O9的透射電鏡照片 圖2為本發明光化學反應后熔鹽法制備SrBi2Ta2O9上面納米粒子的電子能譜圖。
具體實施例方式 實施例1
本實例提供一種在熔鹽法制備的SrBi2Ta2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現SrBi2Ta2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
采用熔鹽法制備SrBi2Ta2O9
分別稱取 Sr (NO3) 2 4Η200· 6277g、Bi2O3L 3820g、Ta2O5L 3105g、NaCl1. 3744g 和 KCl1.6133g，在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末放入瓷舟中，利用管式爐在溫度850°C下空氣中燒3h隨爐冷卻至室溫，加入去離子水洗滌、過濾、除去NaCl和KC1，再利用AgNO3檢驗洗滌后的溶液直至沒有沉淀生成，最后在溫度100°C的烘箱中干燥
O.5小時，得到SrBi2Ta2O9粉末；
光化學還原SrBi2Ta2O9制備秘納米粒子
稱取8g的甲醇液體溶于離子水中，稀釋至IOOmL,將SrBi2Ta2O9粉末O.1g加入到甲醇溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在300轉/分鐘，在主波長為365nm的紫外光源下、輻照強度在35mW/cm2，光化學反應時的溫度為25°C，攪拌反應20小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長；
透射電鏡分析(圖1)表明納米金屬鉍的粒徑為8納米左右，電子能譜分析(圖2)表明生成的粒子元素組成為鉍，能譜中的銅和碳元素的信號時由做透射電鏡用到的銅網和碳膜引起的。實施例2
本實例提供一種在固相法制備的CaBi2Nb2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現CaBi2Nb2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
固相法制備CaBi2Nb2O9
分別稱取，CaCO3O. 381 lg、Bi2O3L 7743g、Nb2O5L 0122g，在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末在8 MPa壓力下壓成直徑為IOmm厚度為l_2mm的圓片狀物后放入瓷舟中，利用管式爐在溫度900°C下空氣中預燒15h，等自然冷卻到室溫后，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為IOmm,厚度為l_2mm的圓片狀物后在溫度100(TC下空氣中燒結15h，隨爐冷卻后再次研磨并壓成直徑為IOmm片狀物，在溫度1200°C下空氣中燒結24h后隨爐冷卻至室溫，可得到外觀平整、淡黃色有光澤、堅硬、無裂紋的CaBi2Nb2O9多晶樣品，利用瑪瑙研缽將樣品磨成粉末；
光化學還原CaBi2Nb2O9制備秘納米粒子
稱取I g無水葡萄糖溶于去離子水中，稀釋至IOOmL,稱CaBi2Nb2O9粉末O. 2g加入到葡萄糖溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在500轉/分鐘,在主波長為365nm的紫外光源下、輻照強度在55mW/cm2，光化學反應時的溫度為35°C，攪拌反應10小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長；
納米金屬鉍的粒徑為6納米左右。實施例3 本實例提供一種在固相法制備的BaBi2Ta2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現BaBi2Ta2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
固相法制備BaBi2Ta2O9
分別稱取BaCO3O. 5579g、Bi2O3L 3173g和Ta2O5L 2493g，在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末8MPa壓力下壓成直徑為IOmm厚度為l_2mm的圓片狀物后放入瓷舟中，利用管式爐在溫度900°C下空氣中預燒15h，等自然冷卻到室溫后，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為10mm，厚度為l_2mm的圓片狀物后在溫度1000°C下空氣中燒結24h，隨爐冷卻后再次研磨并壓成直徑為IOmm片狀物，在溫度1000°C下空氣中燒結24h后隨爐冷卻至室溫，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為10mm，厚度為l-2mm的圓片狀物后在溫度1000°C下空氣中燒結24h，可得到外觀平整、淡黃色有光澤、堅硬、無裂紋的BaBi2Ta2O9多晶樣品，利用瑪瑙研缽將樣品磨成粉末；光化學還原BaBi2Ta2O9制備秘納米粒子
稱取4g的乙醇液體溶于去離子水中，稀釋至IOOmL,稱取CaBi2Nb2O9粉末O. 4g加入到乙醇溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在500轉/分鐘,在主波長為365nm的紫外光源下、輻照強度在20mW/cm2，光化學反應時的溫度為60°C，攪拌反應40小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長；
納米金屬鉍的粒徑為12納米左右。實施例4
本實例提供一種在熔鹽法制備的SrBi2Nb2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現SrBi2Nb2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
采用熔鹽法制備SrBi2Nb2O9
分別稱取 SrCO3O. 4020g、Bi2O3L 7601g、Nb2O5L 0041g、NaCl1. 3744g 和 KCl1. 6133g,在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末放入瓷舟中，利用管式爐在溫度850°C下空氣中燒3h隨爐冷卻至室溫，加入去離子水洗滌、過濾、除去NaCl和KC1，再利用AgNO3檢驗洗滌后的溶液直至沒有沉淀生成，最后在溫度100°C的烘箱中干燥O. 5小時，得到SrBi2Nb2O9粉末；
光化學還原SrBi2Nb2O9制備秘納米粒子
量取20mL質量濃度為40%的甲醛溶液溶去離子水中，稀釋至IOOmLdf SrBi2Nb2O99粉末O. 05g加入到甲醛溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在600轉/分鐘，在主波長為254nm的紫外光源下、輻照強度在80mW/cm2，光化學反應時的溫度為10°C，攪拌反應2小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長；
納米金屬鉍的粒徑為4納米左右。實施例5
本實例提供一種在固相法制備的CaBi2Ta2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現CaBi2Ta2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
固相法制備CaBi2Ta2O9
分別稱取，CaCO3O. 3112g、Bi2O3L 4503g、Ta2O5L 3754g，在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末在8 MPa壓力下壓成直徑為IOmm厚度為l_2mm的圓片狀物后放入瓷舟中，利用管式爐在溫度900°C下空氣中預燒15h，等自然冷卻到室溫后，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為IOmm,厚度為l_2mm的圓片狀物后在溫度KKKTC下空氣中燒結15h，隨爐冷卻后再次研磨并壓成直徑為IOmm片狀物，在溫度1200°C下空氣中燒結24h后隨爐冷卻至室溫，可得到外觀平整、淡黃色有光澤、堅硬、無裂紋的CaBi2Ta2O9多晶樣品，利用瑪瑙研缽將樣品磨成粉末；
光化學還原CaBi2Ta2O9制備秘納米粒子
稱取20 g無水葡萄糖溶于去離子水中，稀釋至IOOmL,稱CaBi2Nb2O9粉末O. 4g加入到葡萄糖溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在800轉/分鐘，在主波長為365nm的紫外光源下、輻照強度在60mW/cm2，光化學反應時的溫度為40°C，攪拌反應30小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長。納米金屬鉍的粒徑為12納米左右。實施例6
本實例提供一種在固相法制備的BaBi2Nb2O9上原位生長鉍金屬納米粒子的方法，是利用光化學方法來實現BaBi2Nb2O9中的三價鉍原位還原制備鉍金屬納米粒子的方法，具體步驟如下
固相法制備BaBi2Nb2O9
分別稱取BaCO3O. 6678g、Bi2O3L 5799g和Nb2O5O. 9013g，在瑪瑙研缽中研磨2h，使其混合均勻，然后再將研磨好的粉末8MPa壓力下壓成直徑為IOmm厚度為l_2mm的圓片狀物后放入瓷舟中，利用管式爐在溫度900°C下空氣中預燒15h，等自然冷卻到室溫后，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為10mm，厚度為l_2mm的圓片狀物后在溫度1000°C下空氣中燒結24h，隨爐冷卻后再次研磨并壓成直徑為IOmm片狀物，在溫度1000°C下空氣中燒結24h后隨爐冷卻至室溫，將樣品取出繼續研磨O. 5h后，再在8MPa壓力下壓成直徑為10mm，厚度為l-2mm的圓片狀物后在溫度1000°C下空氣中燒結24h，可得到外觀平整、淡黃色有光澤、堅硬、無裂紋的BaBi2Ta2O9多晶樣品，利用瑪瑙研缽將樣品磨成粉末； 光化學還原BaBi2Nb2O9制備秘納米粒子
量取15g的乙醇液體溶于去離子水中，稀釋至IOOmL,稱取CaBi2Nb2O9粉末O. 3g加入到乙醇溶液中；
同時利用磁力攪拌器攪拌溶液，攪拌子轉速在1000轉/分鐘，在主波長為254nm的紫外光源下、輻照強度在5mW/cm2，光化學反應時的溫度為70°C，攪拌反應50小時；
反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長。納米金屬鉍的粒徑為15納米左右。
權利要求
1.一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法，其特征在于按下列步驟進行a、將采用熔鹽法或高溫固相法制備的含鉍氧化物為SrBi2Ta209、CaBi2Ta2O9, BaBi2Ta2O9, SrBi2Nb2O9, CaBi2Nb2O9或BaBi2Nb2O9粉末加入含有光生空穴捕獲劑為甲醇、乙醇、甲醛或葡萄糖的水溶液中；b、將步驟a所得的溶液用紫外光照射，放置于波長在254-400nm的紫外光源下、輻照強度在5-100mW/cm2，攪拌子轉速在300-1000轉/分鐘，攪拌反應2_50小時，溫度為10_70°C， 進行光化學反應；C、反應結束后經過濾、洗滌、干燥，溫度為100°C，干燥時間為10小時，即可實現鉍納米粒子在氧化物基底上的原位生長。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于步驟a所述含鉍氧化物的質量濃度為O.5-5g/L0
3.根據權利要求1的方法，其特征在于步驟a所述光生空穴捕獲劑的質量濃度為 10-200g/L。
全文摘要
本發明涉及一種在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子的方法，該方法將采用熔鹽法或高溫固相法制備的含鉍氧化物加入到甲醇、乙醇或葡萄糖的水溶液中，在紫外光的照射下，在含鉍氧化物的表面形成粒徑分比較布均勻的鉍納米粒子。本發明具有制備條件溫和、工藝簡單、成本低等優點，制備的鉍納米粒子的特點在于粒徑較小，附著在氧化物基底上，通過本發明所述方法獲得的在氧化物基底上原位生長鉍納米粒子可用于納米電子領域、催化領域及超導材料等，該方法工藝簡單、在室溫下通過光照就能實現鉍金屬納米粒子在氧化物表面的原位均勻生長。
文檔編號C23C20/04GK102990077SQ20121056499
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者李英宣, 王傳義 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所