大空腔Bi空心球納米晶的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Bi納米晶及其制備方法，特別是一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，屬于無機納米材料制備領域。
【背景技術】
[0002]近年來，空心球狀納米結構材料由于其大的比表面積及獨特的物理和化學性質(zhì)受到了廣泛關注。同時，其在催化、傳感器、鋰電池、藥物輸送、納米反應器等方面也具有廣泛的應用。相當大的努力已被致力于設計和制備形貌及微結構可控的空心球狀納米結構。常用制備方法有溶劑熱法、聲化學法、溶膠-凝膠法和化學氣相沉積法(CVD)，一般而言，空心球的制備過程中大多借助模板劑，然而，拆除模板的過程非常復雜，特別是金屬，不能借助空氣助燃法，因此，探索無模板劑的方法制備空心球納米晶仍是當下迫切需要解決的問題。
[0003]文獻(CatalysisCommunicat1ns 42 (2013) 14 - 19)報道了利用 PVP 作為表面活性劑制備空心球形Bi顆粒(見圖la)，這種制備過程的缺點是表面活性劑的去除需要采用大量溶劑洗滌，而且，他們所制備的Bi空心球空腔直徑較小，故比表面積較小，在紫外光激發(fā)下(見圖lb)，Cr (VI)完全降解需要的時間長，需40分鐘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:向乙二醇中加入乙二醇甲醚，攪拌，得到均勻的溶液，其中乙二醇與乙二醇甲醚的體積比為5:1 ;
步驟二:將Bi (NO3)3.5Η20或Bi (NO3)3加入步驟I所得溶液中，攪拌，得到均勻的溶液； 步驟三:將步驟二溶液置于反應釜中在180°C水熱反應；
步驟四:反應結束后洗滌即得空心球狀Bi納米晶。
[0006]步驟二中所述的Bi (NO3)3.5H20或Bi (NO3)3摩爾濃度為1/15M ;所述的攪拌時間不少于0.5小時。
[0007]步驟三中所述的水熱反應時間至少為24h。
[0008]本發(fā)明有以下顯著優(yōu)點:1、操作簡單，方法獨特，無需加入任何表面活性劑，僅通過加入另外一種溶劑就得到了具有大空腔的Bi空心球納米晶；2、利用乙二醇甲醚與乙二醇的沸點不同使乙二醇甲醚形成氣泡，從而誘導Bi空心球的成核與成晶；3、采用混合反應介質(zhì)，由于乙二醇甲醚同樣具有還原性并且可以溶解硝酸鉍，因而在水熱條件下，均相成核，生長成均勻大空腔Bi納米空心球；4、產(chǎn)品的后處理較簡單，因為乙二醇甲醚與乙二醇都是易被除去的溶劑，不像表面活性劑那樣能較強烈地吸附在金屬顆粒表面，需要大量溶劑洗滌除去。該金屬Bi納米晶具有大的比表面積，在光催化性能測試中表現(xiàn)出了良好的光催化活性，有望在光催化降解污染物及水分解制氫、高溫固體氧化物燃料電池、氣體傳感器等領域具有良好的應用。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明利用乙二醇甲醚及乙二醇混合介質(zhì)水熱制備具有大空腔的Bi空心球納米晶的流程示意圖。
[0010]圖2為現(xiàn)有技術Bi空心球納米晶的電鏡圖(a)及其對Cr ( VI )的光催化降解圖(b)。
[0011]圖3是本發(fā)明實施例1和實施例2產(chǎn)物的透射電鏡圖片(a為實施例1，b為實施例2)。
[0012]圖4是本發(fā)明實施例1的光催化性能圖(對Cr (VI)的降解圖)。
[0013]圖5是本發(fā)明實施例2的光催化性能圖(對Cr (VI)的降解圖)。
[0014]圖6為本發(fā)明對比例的透射電鏡圖片。
[0015]圖7為本發(fā)明對比例的光催化性能圖(對Cr (VI)的降解圖)。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017]實施例1
結合圖1，本發(fā)明的一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:將5 mL乙二醇甲醚加入到25 mL乙二醇中，攪拌，得到均勻的澄清溶液；步驟二:將2 mmol Bi (NO3)3.5H20溶解于步驟一得到的溶液中，攪拌30分鐘，得到澄清的反應液；
步驟三:將步驟二所得的反應液在密閉反應釜中恒溫反應，反應溫度180°C，反應時間為 24h;
步驟四:將步驟三所得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后即得空心球狀Bi納米晶。
[0018]所得產(chǎn)物的透射電鏡圖片如圖3(a)所示，產(chǎn)物形成了由小顆粒組成的大空腔薄壁空心球形結構。
[0019]步驟五:將所制備的空心球狀Bi納米晶即催化劑20mg分散于20mL濃度為40 mgL 1的K2Cr2O7溶液中，暗室中吸附60分鐘已確保達到吸附-脫附平衡。然后將溶液移至光催化裝置中，500W汞燈下照射，并不斷攪拌。每隔5分鐘，取出4mL溶液，離心除去催化劑粉末，然后在紫外-可見分光光度計上測試未降解的Cr ( VI)的吸光度，并采用朗伯-比爾定律計算相應的未降解的Cr( VI)量。
[0020]所得產(chǎn)物的光催化性能圖如圖4所示，由光催化降解率圖4可以看出，紫外光照射15 min后,重鉻酸鉀中的Cr (VI)被完全還原。
[0021]實施例2
結合圖1，本發(fā)明的一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:將5 mL乙二醇甲醚加入到25 mL乙二醇中，攪拌，得到均勻的澄清溶液；步驟二:將2 mmol Bi (NO3) 3溶解于步驟一得到的溶液中，攪拌30分鐘，得到澄清的反應液；
步驟三:將步驟二所得的反應液在密閉反應釜中恒溫反應，反應溫度180°C，反應時間為 24h;
步驟四:將步驟三所得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后即得空心球狀Bi納米晶。
[0022]所得產(chǎn)物的透射電鏡圖片如圖3(b)所示，產(chǎn)物形成了由小顆粒組成的大空腔薄壁空心球形結構。
[0023]所得產(chǎn)物的透射電鏡圖片3(b)所示，產(chǎn)物形成了由小顆粒組成的小空腔厚壁空心球狀結構，顆粒分散性良好。
[0024]測試步驟同實施例1步驟五，由光催化降解率圖5可以看出，O min時，即暗室中吸附60 min后，Cr (VI)已經(jīng)完全被吸附。
[0025]對比例
結合圖1，本發(fā)明對比例制得的不規(guī)則形狀的Bi納米晶的制備方法，包括以下步驟:步驟一:將2 mmol Bi (NO3)3.5Η20溶解于30ml乙二醇中，攪拌30分鐘，得到澄清的反應液；
步驟二:將步驟一所得的反應液在密閉反應釜中恒溫反應，反應溫度180°C，反應時間為 24h;
步驟三:將步驟二所得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后即得空心球狀Bi納米晶。
[0026]所得產(chǎn)物的透射電鏡圖片如圖6所示，產(chǎn)物為由小顆粒團聚而成的不規(guī)則形狀的顆粒。
[0027]測試步驟同實施例1步驟五，所得產(chǎn)物的光催化性能圖如圖7所示，由光催化降解率圖7可以看出，紫外光照射50 min后，重鉻酸鉀中Cr (VI)的降解率為84%左右。
【主權項】
1.一種大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:向乙二醇中加入乙二醇甲醚，攪拌，得到均勻的溶液； 步驟二:將Bi (NO3)3.5Η20或Bi (NO3)3加入步驟I所得溶液中，攪拌，得到均勻的溶液； 步驟三:將步驟二溶液置于反應釜中在180°C水熱反應； 步驟四:反應結束后洗滌即得空心球狀Bi納米晶。2.根據(jù)權利要求1所述的大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，其特征在于，步驟一中所述的乙二醇與乙二醇甲醚的體積比為5:1。3.根據(jù)權利要求1所述的大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，其特征在于，步驟二中所述的Bi (NO3)3.5H20或Bi (NO3)3摩爾濃度為1/15M ;所述的攪拌時間不少于0.5小時。4.根據(jù)權利要求1所述的大空腔Bi空心球納米晶的制備方法，其特征在于，步驟三中所述的水熱反應時間至少為24h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬Bi納米晶的制備方法。采用乙二醇為溶劑及還原劑，加入乙二醇甲醚調(diào)節(jié)溶液粘度，通過水熱法制備得到了大空腔的空心球狀Bi納米晶；該金屬Bi的制備方法包括以下步驟：向25ml乙二醇溶液中加入5ml乙二醇甲醚；將Bi(NO3)3·5H2O或Bi(NO3)3溶于上述溶液中，攪拌得到均勻溶液；將上述反應液置于反應釜中，在180℃下水熱反應24h；反應結束后洗滌即得空心球狀Bi顆粒。該反應介質(zhì)所得的Bi顆粒，具有大的空腔及比表面積，可以有效地提高材料的光催化性能。應用該方法所得的產(chǎn)物在光催化性能測試中表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化去除重金屬離子Gr(Ⅵ)的活性及吸附性能，表明其在除去工業(yè)廢水中的污染物方面具有良好的應用前景。
【IPC分類】C30B7/14, C30B29/02, B82Y40/00, B82Y30/00, C30B29/60
【公開號】CN104947178
【申請?zhí)枴緾N201410113625
【發(fā)明人】韓巧鳳, 汪信, 趙靳, 楊麗麗, 朱俊武, 吳堯, 劉孝恒, 武曉東, 江曉紅
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月25日