[发明专利]一种含铋的硅酸盐的合成和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有特殊晶体结构的含铋的硅酸盐的合成，特别是涉及硅酸铋(Bi₂SiO₅)及含硅酸铋(Bi₂SiO₅)的粉状催化材料的制备方法，所制得的含硅酸铋的材料可用作有机物的选择性氧化的催化剂和光催化剂，属于材料科学催化剂技术领域。

背景技术

硅酸铋(Bi₂SiO₅)属于正交晶系，Cmc2₁空间群，点阵常数a＝15.19A，b＝5.468A，c＝5.314A，Z＝4(费一汀，范世.无机材料学报，1997，12：469～476)，是由[Bi₂O₂]²⁺层分隔开的孤立的[SiO₃]^2-链所构成，即Bi₄[O₄][Si₂O₆]。Bi₂SiO₅单晶体主要具有介电、热电以及非线性光学活学等性质(费一汀，范世，孙仁英，无机材料学报，1998，13：798～802)，它的非中心对称的晶体结构使其有可能具有铁电性质，在光电材料方面有潜在的用途。

目前，Bi₂SiO₅的合成方法主要是固相合成法和溶胶凝胶法，最早合成出单一Bi₂SiO₅晶相的是J.Ketterer(J.Ketterer，V.Kramer，Freiburg，Neues Jahrbuch fur Mineralogie-Monatshefte.1986，1：13～18)，将Bi₂O₃(Furak Co.)和SiO₂(Degussa)在1000-1040℃熔融，冷水中淬火，在400-520℃结晶一个星期制得呈浅黄色的Bi₂SiO₅晶相。费一汀等(费一汀，范世，孙仁英，硅酸盐学报，1999，27：230～236)对Bi₂O₃-SiO₂系统进行研究时发现，亚稳定化合物Bi₂SiO₅仅存在于亚稳相平衡图中。当Bi₂O₃-SiO₂系统从熔体(1012～1013℃)开始冷却，SiO₂的摩尔分数在30～50％时，析出的是Bi₂SiO₅相和Bi₂O₃的混合晶相；SiO₂的摩尔分数在50％附近时，在845℃析出单一的Bi₂SiO₅相；若进一步提高SiO₂的摩尔分数(SiO₂超过50％)时，则析晶中除了Bi₂SiO₅以外还出现了SiO₂，所得硅铋化合物都不是纯净的Bi₂SiO₅。柏朝晖等(柏朝晖，巴学巍，贾茹，无机化学学报，2006，22：1327～1329)人利用溶胶凝胶法制备Bi₄Si₃O₁₂(BSO)纳米粉体的过程中，在550～650℃时得到了主晶相为Bi₂SiO₅和Bi₂O₃的混合晶相，随着反应温度的升高，Bi₂SiO₅和Bi₂O₃不断反应，在750℃生成了主晶相为立方晶相的目标产物Bi₄Si₃O₁₂。王燕等(王燕，王秀峰，于成龙.无机盐工业，2007，39：38～40；王燕，王秀峰，于成龙.硅酸盐通报，2007，26：378～381)用Bi₂O₃和SiO₂为原料，按物质的量比n(Bi₂O₃)∶n(SiO₂)＝1∶1配制约60g的试样。试样先倒人乙醇中湿混1.5h，红外烘干后再研磨干混0.5h以确保试样均匀。750℃焙烧1h，此时Bi₁₂SiO₂₀和Bi₂SiO₅的XRD的衍射峰较强，保温时间加长，Bi₂SiO₅的XRD衍射峰减弱，Bi₁₂SiO₂₀的衍射峰进一步加强。Jenni等通过ALD(atomic layer deposition)方法(JenniHarjuoja，Samuli Vayrynen，Matti Putkonen.Journal of Crystal Growth，2006，286：376～383)，在N₂氛围下在MgO缓冲器上的Si的(100)的Bi-Si-O进行800℃退火处理时，获得了Bi₂SiO₅薄膜。这些硅酸铋(Bi₂SiO₅)的合成方法很复杂，而且若不采用高温熔融法均不能得到纯的硅酸铋(Bi₂SiO₅)。