CN102345163B - 一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法与应用。该方法首先通过将铋粉与三氧化钼按摩尔比1∶5混合；再将得到的混合料在惰性气体气氛中球磨；球磨后粉料经清洗、压片和煅烧结晶，得到单相多晶钼酸铋。该单相多晶钼酸铋的结构式为Bi0.27Mo2O5，且在160～300K表现为半导体行为。本发明通过机械球磨与固相烧结相结合的方法制备出单相钼酸铋多晶，制备工艺简单、成本低廉、对环境无污染、产率达90％以上、适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及无机化工原料制备，特别涉及一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法与应用。
背景技术
三元钼酸盐具有超导电性、电荷密度波等丰富的物理现象。在三价阳离子钼酸盐中，钼酸铋由于在光催化、离子导体、声光材料、光电导、以及气体传感领域的广泛应用而受到特别的关注(Song N et al.，J.Catal.2005，236：282-291；Cruz A et al.，Catal.Today，2007，129：194-199；Xie H et al.，Mater.Chem.Phys.，2008，110：332-336.)。钼酸铋的制备多采用固相反应法、共沉淀法、溶胶凝胶法和水热法(Thang L M et al.，Catal.Today.2008，131：566-571；Li Honghua et a1.，Mater.Chem.Phys.，2009，116：134-142.)。一般而言，需要在400～700℃煅烧结晶，且较难获得单相产物。高质量的钼酸铋单晶样品普遍通过电解Bi2O3-MoO3熔盐方式获得(Xiong Rui et al.，J.Mater.Sci.Technol.，2006，22(4)：487-490.)；但这种方法耗时长、产率低，不适合大规模生产。因此，寻找相对简便地制备大量钼酸铋单相样品的方法对于此类材料的实际应用具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种较简便、成本低廉的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，该方法有助于该类材料的实际应用。
本发明的另一目的在于提供所述利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，包含以下步骤：
(1)将铋粉与三氧化钼按摩尔比1∶5混合；
(2)将步骤(1)得到的混合料在惰性气体气氛中球磨；
(3)球磨后粉料经清洗、压片和煅烧结晶，得到单相多晶钼酸铋。
步骤(2)中所述的惰性气体优选为氩气；
步骤(2)中所述的球磨的条件优选为400～450转/分钟球磨20～40小时；更优选为450转/分钟球磨40小时；
步骤(3)中所述的清洗优选使用无水乙醇进行清洗；
步骤(3)中所述的压片的条件优选为15～25MPa；
步骤(3)中所述的煅烧结晶的条件优选为真空气氛中，690～700℃煅烧8～12小时；更优选为700℃煅烧10小时；
通过上述方法得到的样品经检验为近似单相的Bi0.27Mo2O5多晶，且在160～300K表现为半导体行为。
所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法在大规模生产单相多晶钼酸铋中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果
通过机械球磨与固相烧结相结合的方法制备出单相钼酸铋多晶，制备工艺简单、成本低廉、对环境无污染、产率达90％以上、适合大规模生产。机械球磨能将混合料粉碎至200纳米左右粒径并充分混合，有助于单相产物的合成。所制备样品经X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)表征为近似单相的Bi0.27Mo2O5多晶；电阻率变温测试显示样品在160～300K表现为半导体行为。
附图说明
图1是实施例1制备的钼酸铋的XRD图谱，其中：上部为所制备样品的XRD图谱；下部为Bi0.27Mo2O5标准图谱；“*”衍射峰来自微量铋单质。
图2是实施例1制备样品的EDS图谱。
图3是实施例1制备样品的电阻率变温曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)铋粉(纯度99.999％)和三氧化钼(纯度99.5％)按摩尔比1∶5配比，取共计2g在研钵中混合均匀。
(2)将混合均匀的混合物置于100ml不锈钢球磨罐中，抽真空，充入氩气保护；混合料与玛瑙磨球按质量比1∶20配置混合，加入10ml无水乙醇(分析纯，质量分数大于99.7％)后，以450转/分钟转速球磨40小时。
(3)将球磨后的粉料用无水乙醇(分析纯，质量分数大于99.7％)清洗、烘干后，压片(20MPa)，在700℃真空气氛中煅烧10小时。
(4)采用XRD对最终产物进行物相分析发现：样品结晶良好(结果如图1所示)；EDS分析表明：Bi、Mo元素比例约为0.14∶1(结果如图2所示)；综合判断所得样品为近似单相的钼酸铋Bi0.27Mo2O5。
(5)对最终产物进行变温电阻率测试发现：所得样品在160～300K表现为半导体行为(结果如图3所示)。
实施例2
(1)铋粉(纯度99.999％)和三氧化钼(纯度99.5％)按摩尔比1∶5配比，取共计2g在研钵中混合均匀。
(2)将混合料压片(20MPa)，在700℃真空气氛中煅烧10小时。
(3)采用XRD对最终产物进行物相分析发现：产物不纯，杂相很多；说明机械球磨处理对单相钼酸铋的固相合成非常关键。
实施例3
(1)铋粉(纯度99.999％)和三氧化钼(纯度99.5％)按摩尔比1∶5配比，取共计2g在研钵中混合均匀。
(2)将混合均匀的混合物置于100ml不锈钢球磨罐中，抽真空，充入氩气保护；混合料与玛瑙磨球按质量比1∶20配置混合，加入10ml无水乙醇(分析纯，质量分数大于99.7％)后，以450转/分钟转速球磨40小时。
(3)将球磨后的粉料用无水乙醇(分析纯，质量分数大于99.7％)清洗、烘干后，压片(20MPa)，在680℃真空气氛中煅烧10小时。
(4)采用XRD对最终产物进行物相分析发现：样品结晶较好，但单相性较700℃煅烧10小时产物差；说明选择适当的煅烧温度对提高产物质量非常重要。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将铋粉与三氧化钼按摩尔比1:5混合；
（2）将步骤（1）得到的混合料在惰性气体气氛中球磨；
（3）球磨后粉料经清洗、压片和煅烧结晶，得到单相多晶钼酸铋；
步骤（2）中所述的球磨的条件为400～450转/分钟球磨20～40小时；
步骤（3）中所述的煅烧结晶的条件为真空气氛中，690～700℃煅烧8～12小时；
所述的单相多晶钼酸铋的结构式为Bi0.27Mo2O5。
2.根据权利要求1所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的惰性气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，其特征在于：所述的球磨的条件为450转/分钟球磨40小时。
4.根据权利要求1所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的清洗为使用无水乙醇进行清洗。
5.根据权利要求1所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的压片的条件为15～25MPa。
6.一种单相多晶钼酸铋，通过权利要求1～5任一项所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法得到。
7.根据权利要求6所述的单相多晶钼酸铋，其特征在于：所述的单相多晶钼酸铋在160～300K表现为半导体行为。
8.权利要求1～5任一项所述的利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法在大规模生产单相多晶钼酸铋中的应用。
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| L.F. Schneemeyer et al..Preparation and properties of reduced bismuth and antimony molybdenum oxides.《Materials Research Bulletin》.1984,第19卷(第4期),525-529. |
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