CN105908214A - 单质金属铋纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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马士精
何朝成
康耀仁
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Abstract

一种单质金属铋纳米颗粒的制备方法，属于金属纳米材料制备技术领域。该方法包括以下步骤，将含有铋的氯化盐中的铋元素均匀沉积在多孔氧化铝模板的孔道中得到单质金属铋纳米线阵列。将沉积满单质金属铋纳米线的多孔氧化铝模板使用导电银浆将其与导线相连制作成为电极。再串联接入实验电路中，设置直流电压大小为40V，实验时间为60min，重复此实验过程2～3次。选择测量后的样品横截面进行扫描电子显微镜观测，即可发现随着重复实验次数的增加，得到单质金属铋纳米线会出现颗粒细化的现象。本发明方法的制备工艺简单，并且原料易于获取，实验反应的电压大小、时间可控，而且，制备的材料在热电和润滑油添加剂等方面有着广泛的应用。

Description

单质金属铋纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及金属纳米材料制备领域，具体涉及一种单质金属铋纳米颗粒制备方法，属于金属纳米材料制备技术领域。
背景技术
金属纳米材料不仅具有着金属本身和纳米材料的特性，同时也拥有着相当优良的物理和化学性能，因此，金属纳米材料逐渐成为了材料科学界研究的中心。而金属纳米材料中的金属纳米颗粒的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而增大，显示出强烈的体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。金属纳米颗粒已经广泛应用于催化、光催化、信息存储、表面增强拉曼、太阳能电池和光电子学等领域。因此，对金属纳米颗粒的制备是大家关注的重点。
铋是一种具有间接带隙能的半金属材料，有着独特的电学性质。因为铋的费米面高度各向异性，以及导带和价带能量的少许交叠，使得价带和导带中各自产生空穴和电子两种载流子，所述两种载流子浓度不大，有效质量很小，平均自由程很长，迁移率高。常规制备金属纳米颗粒的方法有水热法、水溶液还原法和沉淀转化法等。水热法可以直接得到分散且结晶良好的粉体，不需要做高温灼烧处理，避免了可能行程的粉体硬团聚。水溶液还原法获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程也可以控制。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但是制备的化合物仅限于少数金属氧化物和氢氧化物。本专利将介绍了一种简单快捷的制备单质金属纳米颗粒的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的方法制备单质金属铋纳米颗粒。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：首先以多孔氧化铝模板为载体，沉积满单质金属铋纳米线阵列，将其与导线通过导电银浆相连接入直流电路中，增加样品在熔化再结晶过程中的实验次数即可得到单质金属铋纳米颗粒的现象。
一种单质金属铋纳米颗粒的制备方法,其特征在于步骤如下：
(1)单质金属铋纳米线阵列制备：
将多孔氧化铝模板放置含有铋的氯化盐的水溶液中作为阴极材料，石墨电极作为阳极材料，使用直流电化学沉积的方法制备，恒温0℃反应8h，直流电压大小为1.3-1.5V，得到沉积有单质金属铋纳米线阵列的多孔氧化铝模板；
(2)在外加电场条件下多次熔化再结晶形成单质金属铋纳米颗粒：
将沉积有单质金属铋纳米线阵列的多孔氧化铝模板使用导电银浆与导线相连，并且接入实验电路中，在室温的环境下，直流电压为40V的条件下，持续熔化60min，待再结晶完成后，相同的条件下重复实验操作2～3次，将含有单质铋金属纳米线阵列的多孔氧化铝模板选择其横截面进行扫描电子显微镜观测，即可发现得到的单质金属铋纳米颗粒。
进一步的，所述铋的氯化盐水溶液是将二水合三氯化铋、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸三钠、甘油和氯化钠溶于蒸馏水中，搅拌形成透明的溶液制成，其中分别取二水合三氯化铋摩尔浓度为0.04M、取酒石酸摩尔浓度为0.1M、取柠檬酸摩尔浓度为0.2M、取柠檬酸三钠摩尔浓度为0.1M、取甘油摩尔浓度为0.88M和氯化钠摩尔浓度为1.2M。
进一步的，所述铋的氯化盐水溶液用盐酸或氨水调节溶液的pH值，使溶液的pH值为1。
随着重复熔化再结晶操作次数的增加，得到的单质金属铋纳米颗粒出现的现象越来越明显。
本发明的有益效果是：本发明方法的原料易于获取，制备工艺简单，电压大小及反应温度、时间可控，制备的纳米颗粒易于发现观测。
附图说明
图1为在多孔氧化铝模板孔洞中制备获得的单质金属铋纳米线阵列的X射线衍射(XRD)图。
图2为在直流电压40V条件下，样品分别测量三次的电阻随时间变化的曲线图。
图3为第一次熔化再结晶后单质金属铋纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图4为第二次熔化再结晶后单质金属铋纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图5为第三次熔化再结晶后单质金属铋纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
首先用电子天平称量取3.525g二水合氯化铋，3.75g酒石酸，10.25g柠檬酸三钠，7.35g柠檬酸，20.25g甘油和18g氯化钠待用，用量筒量取250ml去离子水倒入有磁子的烧杯中，并放置在磁力搅拌器上搅拌，然后按照酒石酸、柠檬酸、柠檬酸三钠、甘油和氯化钠的先后顺序依次倒入烧杯中搅拌至完全溶解，用盐酸或氨水调节溶液的pH值，使溶液的pH值调为1。
将石墨电极作为阳极材料，多孔氧化铝模板作为阴极材料，所制备得到的含有铋的氯化盐溶液作为电解液，在0℃的恒温条件下，1.3-1.5V的直流电压下，长时间沉积，时间约为8h，得到多孔氧化铝模板中填充满了单质金属铋纳米线阵列。沉积有单质金属铋纳米线阵列的多孔阳极氧化铝模板对应于标准卡片Bi(JCPDS Card No.44-1246)的X射线衍射(XRD)图如附图1所示。
将沉积满单质金属铋纳米线阵列的多孔氧化铝模板两侧滴加导电银浆液滴，并且与导线相连接，待导电银浆完全将导线与多孔阳极氧化铝模板固定后，连入实验电路中。
在直流电压40V的条件下，进行实验60min，间隔一段时间待样品冷却后，对样品进行第二次和第三次重复实验，实验条件与上次实验条件完全相同。图2为直流电压40V条件下，样品分别测量三次的电阻随时间的变化曲线图，可以看到电阻随着时间的增加呈上升的趋势，最后都达到了一个相对稳定的状态，循环次数越多越容易达到相对稳定的状态。
将每次实验结束后的多孔氧化铝模板样品选择横截面进行扫描电子显微镜观测，图3为制备的单质金属铋纳米线第一次熔化再结晶后的扫描电子显微镜(SEM)照片，可以发现沉积在多孔氧化铝模板孔道中的单质铋金属纳米线出现了少量的断裂现象。图4为制备的单质金属铋纳米线第二次熔化再结晶后的扫描电子显微镜(SEM)照片，可以发现沉积在多孔氧化铝模板孔道中的单质铋金属纳米线断裂为短小的纳米短棒。图5为制备的单质金属铋纳米线第三次熔化再结晶后的扫描电子显微镜(SEM)照片，可以发现沉积在多孔氧化铝模板孔道中的单质铋金属纳米线最终断裂为细小的单质铋纳米颗粒。由附图3到附图5可知，随着重复熔化再结晶次数的增加，得到的单质金属铋纳米颗粒出现的现象越来越明显。

Claims (4)

1.一种单质金属铋纳米颗粒的制备方法,其特征在于步骤如下：
(1)单质金属铋纳米线阵列制备：
将多孔氧化铝模板放置入含有铋的氯化盐的水溶液中作为阴极材料，石墨电极作为阳极材料，使用直流电化学沉积的方法制备，恒温0℃反应8h，直流电压大小为1.3-1.5V，得到沉积有单质金属铋纳米线阵列的多孔氧化铝模板；
(2)电场条件下多次熔化再结晶形成单质金属铋纳米颗粒：
将沉积有单质金属铋纳米线阵列的多孔氧化铝模板使用导电银浆与导线相连，并且接入实验电路中，在室温的环境下，直流电压为40V的条件下，持续加热60min，待熔化再结晶完成后，相同的条件下重复实验操作2～3次，将含有单质铋金属纳米线阵列的多孔氧化铝模板选择其横截面进行扫描电子显微镜观测，即可发现得到的单质金属铋纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的单质金属铋纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述铋的氯化盐水溶液是将二水合三氯化铋、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸三钠、甘油和氯化钠溶于蒸馏水中，搅拌形成透明的溶液制成，其中分别取二水合三氯化铋摩尔浓度为0.04M、取酒石酸摩尔浓度为0.1M、取柠檬酸摩尔浓度为0.2M、取柠檬酸钠摩尔浓度为0.1M、取甘油摩尔浓度为0.88M和氯化钠摩尔浓度为1.2M。
3.根据权利要求2所述的单质金属铋纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述铋的氯化盐水溶液用盐酸或氨水调节溶液的pH值，使溶液的pH值为1。
4.根据权利要求1所述的单质金属铋纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)中随着重复实验操作次数的增加，得到的单质金属铋纳米颗粒出现的现象越来越明显。
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