CN107651706A - 一种铋酸镧纳米棒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铋酸镧纳米棒的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。该方法具体是首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，然后将铋酸钠与乙酸镧混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封反应容器，将高温区加热至1100～1300℃、低温区加热至100～200℃，保温0.5～3h，得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片；随后将该氧化铝片固定于反应容器中间，将铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，于温度300～500℃、保温24～72h。本发明采用两步反应过程，制备过程简单、易于控制，所得铋酸镧纳米棒在光催化、吸附、锂离子电池和固体氧化物燃料电池等方面具有良好的应用前景。

Description

一种铋酸镧纳米棒的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种铋酸镧纳米棒的制备方法。
背景技术
铋酸盐材料具有良好的物理及化学性能，在光催化、光学、超级电容器、锂离子电池和电化学传感器等领域具有良好的应用前景。铋酸镧作为一种重要的铋酸盐材料，引起了人们广泛的关注。中国发明专利“铋酸镧锂基固态电解质材料及其制备方法”(专利号：ZL200910184915.1)公开了一种铋酸镧锂基固态电解质材料的制备方法，此种方法是按照比例称取锂、镧、铋、镧位掺杂物和/或铋位掺杂物的硝酸盐或碳酸盐或氯化物或醋酸盐或醇盐或在酸中可溶的氧化物配制成溶液后，先向锂盐溶液中滴加镧盐溶液、铋盐溶液、镧位掺杂物和/或铋位掺杂物溶液，再向其中依次添加柠檬酸和硝酸得到溶胶，再加入水溶性高分子聚合物形成凝胶，再将凝胶干燥得到纳米晶粉体，然后将其锻烧最终得到了铋酸镧锂基固态电解质材料。有文献(Y.Luo,X.Y.Liu,X.Q.Li,J.Cheng.PTCR behaviour ofBa2LaBiO6-doped BaTiO3 ceramics.Journal of Alloys and Compounds 452(2008)397-400.)报道表明在钛酸钡基材料中添加Ba2LaBiO6后，钛酸钡材料均显示出了典型的正温度系数(PTC)效应。
虽然目前已有关于铋酸镧基材料的报道，然而，到目前为止还未有关于单相铋酸镧材料的报道，尤其是纳米级尺寸的铋酸镧，例如铋酸镧纳米棒。不同于大尺寸的铋酸盐材料，铋酸镧纳米棒作为一种一维纳米结构的铋酸镧，尺寸小，可以作为光催化剂、吸附剂和固体电解质材料，在光催化、吸附、锂离子电池和固体氧化物燃料电池等方面具有良好的应用前景。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铋酸镧纳米棒的制备方法。
该制备方法如下：
步骤1：以铋酸钠、乙酸镧作为原料，氧化铝片作为沉积衬底，氩气作为载气，首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封反应容器，将高温区加热至1100～1300℃、低温区加热至100～200℃，保温0.5～3h，氩气流速为20～50cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
所述铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1。
步骤2：将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片作为沉积衬底，铋酸钠、乙酸镧作为原料，水为溶剂，首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，于温度300～500℃、保温24～72h，最终在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，即为铋酸镧纳米棒。
所述铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1。
所述铋酸钠、乙酸镧的总重量占水重量的5～30％。
所述铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为20～40％。
本发明的科学原理如下：
本发明采用上述制备过程，铋酸钠和乙酸镧混合粉末在高温区于1100～1300℃被加热成气态，并分解为气态的氧化铋、氧化镧、氧化钠、水和二氧化碳，在高温下气态的氧化铋与氧化镧反应形成气态的铋酸镧，气态的铋酸镧在流速为20～50cm3/min的载气氩气的输运下到达位于刚玉管反应容器末端的低温区，低温区的温度为100～200℃，在低温区气态的铋酸镧沉积于氧化铝片表面，经过0.5～3h的沉积时间，在氧化铝表面形成了铋酸镧纳米晶核，得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。将表面含有铋酸镧纳米晶核的氧化铝片固定于反应容器中间并密封后，将反应容器加热到300～500℃，反应容器中的水气化导致容器内具有较高的压力，反应容器中的铋酸钠和乙酸镧在300～500℃的温度和较高压力下反应形成铋酸镧，铋酸镧在水蒸气的带动下沉积于表面含有铋酸镧纳米晶核的氧化铝片上，氧化铝片表面的晶核吸收了气氛中的铋酸镧，在温度、压力的作用下导致了铋酸镧在一维方向上的生长，随着保温时间增加至24～72h，氧化铝片表面形成了具有一定长度的铋酸镧纳米棒。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明采用两步反应过程，制备过程简单、易于控制；
2、本发明采用的是无毒的铋酸钠、乙酸镧和水，原料及制备过程对环境无污染，符合环保要求；
3、本发明铋酸镧纳米棒直径为纳米尺寸，尺寸小，可以作为光催化剂、吸附剂和固体电解质材料，在光催化、吸附、锂离子电池和固体氧化物燃料电池等方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的铋酸镧纳米棒的X～射线衍射(XRD)图谱；
根据JCPDS PDF卡片，可以检索出所得铋酸镧纳米棒由斜方La1.08Bi0.92O3.03(JCPDS卡，***：46～0807)晶相构成。
图2为实施例1所制备的铋酸镧纳米棒的扫描电子显微镜(SEM)图像；
从图中可以看出产物由铋酸镧纳米棒构成，纳米棒的直径为30～100nm、长度为1～4μm，纳米棒的表面光滑。
图3为实施例1所制备的铋酸镧纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像；
从图中可以看出铋酸镧纳米棒的直径为30～100nm，纳米棒的表面光滑。
图4为实施例1所制备的铋酸镧纳米棒的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图像；
从图中可以看出纳米棒含有清晰及均匀的晶格条纹，表明铋酸镧纳米棒由良好的单晶结构构成。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1300℃、低温区加热至200℃，保温3h，氩气流速为50cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量30％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为40％，将反应容器于温度500℃、保温72h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例2
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1100℃、低温区加热至100℃，保温0.5h，氩气流速为20cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量5％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为20％，将反应容器于温度300℃、保温24h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例3
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1120℃、低温区加热至120℃，保温0.8h，氩气流速为25cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量7％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为22％，将反应容器于温度320℃、保温32h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例4
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1150℃、低温区加热至130℃，保温1.4h，氩气流速为30cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量12％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为24％，将反应容器于温度360℃、保温40h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例5
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1180℃、低温区加热至150℃，保温1.8h，氩气流速为35cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量16％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为27％，将反应容器于温度380℃、保温45h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例6
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1210℃、低温区加热至160℃，保温2.2h，氩气流速为40cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量20％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为30％，将反应容器于温度400℃、保温54h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例7
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1240℃、低温区加热至180℃，保温2.5h，氩气流速为45cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量24％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为33％，将反应容器于温度430℃、保温60h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。
实施例8
步骤1：首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，将尺寸6×4cm的氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封刚玉管，将高温区加热至温度1280℃、低温区加热至190℃，保温2.8h，氩气流速为48cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片。
步骤2：首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将占水重量28％的铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，其中铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1，铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为37％，将反应容器于温度470℃、保温68h，在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，制备出了直径为30～100nm、长度为1～4μm的铋酸镧纳米棒。

Claims (1)

1.一种铋酸镧纳米棒的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
步骤1：以铋酸钠、乙酸镧作为原料，氧化铝片作为沉积衬底，氩气作为载气，首先将铋酸钠与乙酸镧混合均匀，然后将铋酸钠与乙酸镧的混合粉末置于刚玉管反应容器的高温区，氧化铝片置于刚玉管反应容器的低温区，并密封反应容器，将高温区加热至1100～1300℃、低温区加热至100～200℃，保温0.5～3h，氩气流速为20～50cm3/min，从而得到了表面含有白色沉积物的氧化铝片；
所述铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1；
步骤2：以步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片作为沉积衬底，铋酸钠、乙酸镧作为原料，水为溶剂；首先将步骤1得到的表面含有白色沉积物的氧化铝片固定于反应容器中间，然后将铋酸钠、乙酸镧与水混合后置于反应容器内并密封，于温度300～500℃、保温24～72h，最终在氧化铝片表面得到了絮状白色沉积物，即为铋酸镧纳米棒；
所述铋酸钠与乙酸镧的摩尔比为1:1；
所述铋酸钠、乙酸镧的总重量占水重量的5～30％；
所述铋酸钠、乙酸镧和水总量占反应容器的填充度为20～40％。
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