[發明專利]一種大尺寸釩酸鉍單晶的制備方法

有效

• 申請號: 201210188943.2
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102677172A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李國嶺;李立本;王丹丹;陳志紅;黃東;陳慶東
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B15/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫笑飛

技術領域

本發明涉及一種通過人工控制晶體生長制備晶體的方法，具體地說是一種大尺寸釩酸鉍單晶的制備方法。

背景技術

BiVO₄是一種光學帶隙為2.3―2.9?eV的半導體氧化物，具有鐵彈性、離子電導性、光致變色效應等奇異的物理性質。在顏料領域，BiVO₄亦稱184黃，是近年開發的環境友好的黃色無機顏料，用來替代有毒的鉛鉻黃。在光催化領域，BiVO₄是一種可見光響應的光催化劑，在犧牲試劑存在的條件下，具有很高的分解水產氧活性。因此，BiVO₄是一種重要的功能材料，具有廣泛的科學研究和工業應用價值。

BiVO₄有四種晶相，其中正交相釩鉍礦僅存在于自然界，另外三種可以人工合成出來。在可人工合成的BiVO₄中，單斜相BiVO₄的化學性質最穩定、光催化活性最高。目前，國內外商業化的單斜相BiVO₄都是納米/微米尺寸的多晶，沒有單晶（特別是大尺寸單晶）出售。根據文獻，僅有少數前期研究工作[A.W.?Sleight?et?al.,?Mat.?Res.?Bull.?14,?1571?(1979);?劉建成、陳家平、李德宇，物理學報?32，1053?(1983);?L.?Hoffart?et?al.,?Ionics?2,?34?(1996)]曾報道利用提拉法成功制備了單斜相BiVO₄單晶。在這些研究中，制備BiVO₄單晶需使用昂貴的鉑坩堝和鉑絲籽晶，成本高，并且易出現孿晶現象，單晶尺寸最大為φ55×30?mm。

發明內容

????本發明所要解決的技術問題是提供一種制備大尺寸、高質量BiVO₄單晶的方法，該方法不僅節省成本，而且制得的產品極少孿晶現象，產品尺寸可達到φ100×60?mm。

????本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種大尺寸釩酸鉍單晶的制備方法，包括以下步驟：

（1）、將純度為99.99%的Bi₂O₃和V₂O₅按1：1的摩爾比均勻混合，然后壓制成料塊。

（2）、將步驟（1）壓制的料塊裝入剛玉杯中，然后放置到馬弗爐內，在溫度為800?^oC的條件下，恒溫燒結10小時。

（3）、將步驟（2）燒結后的原料裝入直徑150?mm、高80?mm、壁厚2.2?mm的銥坩堝，然后放入單晶提拉爐中，在提拉爐內沖入N₂氣氛，并保留適量空氣，使爐中氧分壓為1%。

（4）、以<100>方向的YVO₄晶體作為籽晶。

（5）、啟動單晶提拉爐，控制銥坩堝底部溫度為960—980?^oC，生長晶體提拉速度為1?mm/h，轉速為8?rpm。

（6）、晶體停止生長后，關閉單晶提拉爐，放置24小時，使生長的晶體冷卻至室溫。

（7）、將生長的晶體取出，即獲得直徑100?mm以上，高度60?mm以上的BiVO₄單晶。

所述的YVO₄晶體的生長方向為<100>或<111>。

????本發明的有益效果是：以YVO₄晶體替代鉑絲作為籽晶，銥坩堝替代鉑坩堝，顯著降低了生產成本；以氧氣分壓約為1%的氮氣氛作為生長氣氛，控制生長溫度為960-980?^oC，提高了晶體生長的穩定性，增大了晶體生長尺寸。

附圖說明

????圖1是陽極材料為BiVO₄單晶切片的光電化學電池示意圖。

????圖中標記：111、陽極，112、陰極，121、質子交換膜，131、外加偏壓，211、入射太陽光方向。

具體實施方式

????一種大尺寸釩酸鉍單晶的制備方法，包括以下步驟：