[發(fā)明專利]一種含鉍半導(dǎo)體納米材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410291132.4
• 申請(qǐng)日: 2014-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104098127A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁求理
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G23/00
• 分類號(hào): C01G23/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含鉍半導(dǎo)體納米材料的制備方法，具體是一種碳、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米短管的制備方法。

背景技術(shù)

????具有大的比表面積、中空孔道和層狀等結(jié)構(gòu)特征的鈦酸納米管是一種重要的無(wú)機(jī)功能半導(dǎo)體納米材料，具有良好的光電、光敏、氣敏、壓敏等特性，廣泛地用作環(huán)境污水光催化降解處理、各種傳感器、太陽(yáng)能電池、生物體植人材料等方面。鈦酸納米管的表面通常會(huì)帶負(fù)電荷，這也使鈦酸納米管成為固定催化劑粒子的良好基底或載體。一種通常制備鈦酸納米管的簡(jiǎn)單方法是將二氧化鈦納米粉體在強(qiáng)堿中進(jìn)行水熱反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)稀酸離子交換可以得到鈦酸納米管，獲得的鈦酸納米管管徑很小約為10納米，但納米管產(chǎn)品的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，納米管的中空孔道由于輸運(yùn)障礙不能充分利用，有時(shí)無(wú)序繚繞難以分散，這對(duì)它們的應(yīng)用帶來(lái)很大的限制。同時(shí)鈦酸納米管材料的禁帶能級(jí)為3.3?eV，只能被波長(zhǎng)小于387.5nm?的紫外光和近紫外光所激發(fā)，而紫外光僅占太陽(yáng)光的5%，太陽(yáng)能中含有的45%可見(jiàn)光無(wú)法利用。為了提高可見(jiàn)光的利用率，通常采用元素?fù)诫s技術(shù)降低鈦酸納米管材料的禁帶寬度，擴(kuò)大光譜響應(yīng)范圍。Cheng-Ching?Hu等[Effect?of?nitrogen?doping?on?the?microstructure?and?visible?light?photocatalysis?of?titanate?nanotubes?by?a?facile?cohydrothermal?synthesis?via?urea?treatment,?Applied?Surface?Science?280?(2013)?171–?178]以尿素為氮源采用水熱方法獲得了氮摻雜鈦酸納米管并有很好的光催化性能。宋旭春[過(guò)渡金屬離子置換鈦酸納米管的制備和光催化活性,無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2005，2l(12)：1897]制備了不同過(guò)渡金屬離子摻雜的鈦酸納米管，其中過(guò)渡金屬離子取代的是層間的Na⁺或H⁺，而并非取代鈦酸晶格中的Ti^4+,。獲得的Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu過(guò)渡金屬離子摻雜鈦酸納米管的光催化活性都有提高。V.C.Ferreira?[Synthesis?and?properties?of?Co-doped?titanate?nanotubes?and?their??optical?sensitization?with?methylene?blue,?Materials?Chemistry?and?Physics?142?(2013)?355-362]以Co摻雜二氧化鈦粉為前驅(qū)體，采用水熱方法獲得了Co摻雜鈦酸納米管，其中Co元素取代了鈦酸晶格中的Ti^4+?，這些Co摻雜鈦酸納米管在可見(jiàn)光區(qū)呈現(xiàn)強(qiáng)的吸收峰。但這些摻雜鈦酸納米管都屬于單一元素?fù)诫s，并且獲得的鈦酸納米管的長(zhǎng)度佷長(zhǎng)。長(zhǎng)度均勻、多元摻雜鈦酸納米短管不僅由于摻雜能降低禁帶寬度提高可見(jiàn)光的利用率，同時(shí)由于短的長(zhǎng)度能減小其中空孔道的輸運(yùn)障礙使中空孔道得到充分利用，在環(huán)境水處理方面無(wú)疑具有更廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含鉍半導(dǎo)體納米材料的制備方法，具體是一種碳、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米短管的制備方法。

本發(fā)明方法包括以下步驟：

步驟(1).溶膠-凝膠法制備鉍摻雜二氧化鈦納米顆粒：

1-1.將體積份數(shù)為10份的鈦酸酯加入到體積份數(shù)為20～30份的無(wú)水乙醇中，攪拌均勻形成鈦酸酯醇溶液；

所述的鈦酸酯為鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯或鈦酸乙酯中的一種；

1-2.將鉍鹽加入到體積份數(shù)為5～10份的聚乙二醇-200中，溶解形成鉍鹽溶液；其中鉍鹽與步驟1-1中鈦酸酯的摩爾體積比為0.03～0.3：10，單位為mM/mL；

所述的鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍中的一種；

1-3.將體積份數(shù)為1～2份的硝酸、體積份數(shù)為2～4份的去離子水、體積份數(shù)為20份的無(wú)水乙醇攪拌均勻，形成酸性溶液；

1-4.將步驟1-2得到的鉍鹽溶液與步驟1-1得到的鈦酸酯醇溶液攪拌混合均勻，然后滴加步驟1-3得到的酸性溶液，常溫下進(jìn)行攪拌2～5小時(shí)，形成凝膠，然后再陳化20～40小時(shí)；將陳化的凝膠在真空干燥箱中烘干去除乙醇和水分，經(jīng)醇洗、水洗、干燥、粉碎后在馬弗爐中500～600℃下進(jìn)行煅燒4～6小時(shí)，得到鉍摻雜二氧化鈦納米顆粒；???

步驟(2).采用水熱法制備碳、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米管：