[发明专利]一种掺杂了金属离子的纳米氧化铋的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备掺杂金属离子纳米氧化铋(Bi₂O₃)的方法。

背景技术

Bi₂O₃是一种重要的功能材料，主要以α(单斜晶型)、β(正方晶型)、γ(立方晶型)和δ(立方晶型)三种晶型存在。其中β-Bi₂O₃和γ-Bi₂O₃是介稳状态晶型。目前应用主要集中在α和δ晶型。δ-Bi₂O₃具有非常高的氧离子导电性能，是一种极具潜力的电解质材料。Bi₂O₃主要在电子陶瓷粉体材料、光电材料、高温超导材料、催化剂等领域有广泛应用。近年来，有关Bi₂O₃的新的应用也不断见诸报道。如西班牙巴塞罗那大学的A.Cabot等人研究发现采用Bi₂O₃作为固体气敏材料，对NO有很好的选择气敏性。

纳米Bi₂O₃的制备方法主要有沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法、喷雾法、微乳液法等。不同制备方法得到产物的粒径和形貌不同。但这些方法都存在各自的缺点。如采用沉淀法制备得到的Bi₂O₃粒度分布不均匀，团聚现象严重，李卫等人(中国专利1544337A)公开了一种制备纳米Bi₂O₃的方法，该法采用氯氧化铋精矿作为原料，对其进行浸出，除杂后用氢氧化钠溶液沉淀得到纳米氧化铋产品。Pati l等人(Materials letters，2005，59：2523-2525)通过氨水沉淀硝酸铋溶液得到氢氧化铋，经过焙烧后得到纳米氧化铋。采用水解法极易生成较粗颗粒，采用溶胶-凝胶法制备的原料成本较高，采用喷雾法的实验条件苛刻，需要用到要求较高的实验设备等。陈代荣等(山东大学学报(自然科学版)1997，32(1)：880～93)以Bi(OR)₃(R:CH₂CH₂OCH₃，Cme₂Et)作前驱体，通过Sol-Gel法合成了Bi₂O₃多晶粉末，最后得到的氧化铋微粉近似为球形，粒度范围为60～120nm。采用熔融喷雾氧化法的工艺流程短、产品纯度高、粒度细、无污染、成本低，但对设备及工艺参数要求程度较高。胡汉祥(武汉理工大学学报，2006，28(2)：100～13)采用铋蒸气氧化法制得了平均粒径为33.7nm的氧化铋粉末。微微乳液法的实验装置简单，能耗低，操作性强，所得的粉体单分散性、界面性和稳定性好，与其他方法相比，粒径易于控制，适应面广。但该法生产成本较高，需消耗大量的有机溶剂和表面活性剂。有报道用多羟基醇法制备纳米Bi₂O₃，采用该法可以有效阻止颗粒的长大，经该法制备得到的Bi₂O₃颗粒粒径为700～90nm(Journal of Materials Science 36(2001)297-299)。目前国内外有关超细Bi₂O₃的研究有一些报道，但有关单一纳米Bi₂O₃的研究还相对有限，其制备方法也是一个研究的热点。

Bi₂O₃在催化剂领域有着广泛的应用，如铋钼钛混合氧化物，是用于氧化反应的一种效果好而又经济的催化材料，在工业应用中可作为丙烯氧化为丙烯醛、从丙烯制备丙烯腈、丁烯氧化脱氢制备丁二烯、丁二烯氧化为呋喃等过程的催化剂，而掺杂了氧化钇的氧化铋，可用于甲烷转变为乙烷或乙烯的氧化耦合反应中。作为一种燃素催化剂，氧化铋具有毒性低，烟雾少的生态安全材料，正在逐步取代氧化铅，成为固体推进剂中的重要催化剂。