[發明專利]鈦酸鉍納米針及其制備方法

無效

• 申請號: 201310453437.6
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103466703A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 裴立宅;蔡征宇
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種鈦酸鉍納米針及其制備方法。

背景技術

鈦酸鉍屬于層狀鈣鈦礦結構的半導體材料，具有介電常數低、自發極化強度高、矯頑電場小、老化速率小，可在高溫、高頻條件下穩定工作等特點，在電容器、存儲器及傳感器等器件上具有廣泛的應用前景。另外，鈦酸鉍具有半導體光催化特性，在紫外、可見光區域對于染料亞甲基藍、羅丹明B、甲基橙具有良好的光催化效果，有望作為光催化劑應用于工業水處理，用于建筑涂料，可以實現自清潔功能。采用不同的鈦源及鉍源，例如四氯化鈦、偏鈦酸、硝酸鉍、硫酸鈦、異丙醇鈦，通過固相法、熔鹽法及高能球磨法可以制備出微米級尺寸的鈦酸鉍顆粒、片狀結構鈦酸鉍。

與微米級尺寸鈦酸鉍相比，納米鈦酸鉍的比表面積大，光催化、鐵電及光電性能優良，采用共沉淀法、溶膠-凝膠法及濕化學法可以制備出鈦酸鉍納米晶、納米球、納米線等納米結構。與以上鈦酸鉍納米結構相比，鈦酸鉍納米針具有特殊的形態，納米針的一端尺寸較大、另一端尺寸小，可具有更加新穎的物理、化學性能，可望應用于特定領域，例如將其作為探測分析用探針的核心部件，提高傳感器的靈敏度。另外，鈦酸鉍納米針的比表面積大，吸附能力強，可望提高其光催化性能，增強工業廢水處理效果及建筑涂料的自清潔能力，在廢水處理及環保性涂料方面具有良好的應用前景。然而，到目前為止，尚未有關于鈦酸鉍納米針的報道。與鈦酸鉍納米球、納米線相比，這種鈦酸鉍納米針是難以制備的。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦酸鉍納米針及其制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明是通過以下技術方案予以實現的。

本發明所提供的鈦酸鉍納米針由Bi₂Ti₂O₇和Bi₁₂TiO₂₀晶相構成，所述鈦酸鉍納米針為立方結構。

本發明所提供的鈦酸鉍納米針的制備方法，是采用氯化鉍、鈦酸四丁酯作為原料，在密閉容器內加熱保溫一段時間制備鈦酸鉍納米針，制備方法具體如下：

以氯化鉍、鈦酸四丁酯作為原料，水為溶劑，其中氯化鉍與鈦酸四丁酯的摩爾比為1:1，將氯化鉍、鈦酸四丁酯及水均勻混合后置于反應容器內并密封，于溫度100-180?℃、保溫4-24?h，所述氯化鉍和鈦酸四丁酯的量不大于水重量的10%，最終可得到白色絮狀產物，即為鈦酸鉍納米針。

本發明的科學原理如下：

本發明采用上述制備過程，氯化鉍溶解于水中，鈦酸四丁酯遇水分解形成氫氧化鈦，氯化鉍與氫氧化鈦在密封容器內于一定溫度下反應生成鈦酸鉍，鈦酸鉍在水中達到過飽和度而析出，形成鈦酸鉍晶核，經過一定時間的反應，鈦酸鉍晶核不斷生長從而形成了鈦酸鉍納米針，通過此種方法可以大量合成具有立方Bi₂Ti₂O₇和Bi₁₂TiO₂₀晶相的鈦酸鉍納米針。

與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：

1、由于制備過程中不需要添加表面活性劑，減少了產物的后續處理過程，此種方法的制備過程簡單、制備溫度低，所以所得鈦酸鉍納米針的成本低，為鈦酸鉍納米針的應用提供了條件；

2、本發明制備出的鈦酸鉍納米針的尖部直徑僅約10nm，尺寸小，比表面積大，可望提高其光催化性能，在廢水處理及環保性涂料方面具有良好的應用前景；

3、本發明提供了一種新穎的鈦酸鉍納米針及低溫化學方法制備鈦酸鉍納米針的方法，這在新型鈦酸鉍納米功能材料方面具有重要的研究意義，本發明采用的是氯化鉍、鈦酸四丁酯、水以及低溫化學反應過程，原料及制備過程對環境無污染，符合環保要求的現代工業發展方向，可以實現鈦酸鉍納米針的大量制備。

附圖說明

圖1為本發明制備的鈦酸鉍納米針的X-射線衍射（XRD）圖譜；

根據JCPDS?PDF卡片，可以檢索出所得鈦酸鉍納米針由Bi₂Ti₂O₇晶相（JCPDS卡，PDF?32-0118）和Bi₁₂TiO₂₀（JCPDS卡，PDF?34-0097）晶相構成，為立方結構。

圖2為本發明制備出的鈦酸鉍納米針的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；

從圖中可以看出本發明可以制備出鈦酸鉍納米針，納米針的長度約1μm，納米針從大尺寸的一端逐漸縮小，表面光滑，尺寸較大的一端直徑約100nm，而納米針的尖部直徑約10nm。