[发明专利]溶液法自组装Bi4Ti3O12单晶纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及了一种溶液法自组装钛酸铋单晶纳米线的制备方法。

背景技术

近年来，钛酸铋系微/纳米材料因结合了半导体的铁电、光催化等多重效应和纳米材料的特殊效应在纳米材料的制备及应用领域引起了人们的关注，1999年，韩国Park研究小组在Nature上报道了采用脉冲激光沉积（PLD）方法在Pt电极上制备La³⁺掺杂钛酸铋（Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂，BLT）铁电薄膜，大大改善了钛酸铋铁电薄膜抗疲劳特性，激化强度经10¹⁰次疲劳后其铁电性能几乎没有衰减，这一重大发现一经报道，立刻在全球范围内掀起了关于钛酸铋及稀土掺杂钛酸铋铁电材料的研究热潮，钛酸铋系材料已经成为铁电材料中最具发展潜力的材料之一，近年来一直是科学研究者关注的热点问题，国内外已有许多单位采用多种实验方法进行钛酸铋材料的制备与性能研究，同时利用第一性原理进行钛酸铋材料理论计算的研究报道也很多，目前多数钛酸铋纳米或微米结构方面的研究是以掺杂稀土金属离子的铁电材料为主，并主要集中在薄膜的制备和铁电性能表征等研究。

钛酸铋系化合物包括Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂Ti₂O₇、Bi₂₀TiO₃₂以及Bi₄Ti₃O₁₂等。Bi₄Ti₃O₁₂通常都是作为一种性能优良的铁电材料而为人们所熟知，其晶体结构为铋层与类钙钛矿层交替而成的复合氧化物，结构通式可以表示为(A_n-1B_nO_3n+1)^2-和(Bi₂O₂)²⁺，前者为类钙钛矿层，后者为铋层，隶属于Aurivillius层状钙钛矿家族。其中A可为Bi、Ba、Sr、Pb、Ca、Ln、K或Na等，B为Ti、Ta、W、Cr、Zr、Nb、Mo或Te等，若A = Bi，B = Ti，n = 3，即为Bi₄Ti₃O₁₂。钙钛矿层与铋层沿c轴相间隔而成，层面与氧八面体的四重轴相垂直，并且每隔n个氧八面体出现一个铋层，在Bi₄Ti₃O₁₂层状钙钛矿结构中，类钙钛矿层与(Bi₂O₂)²⁺层沿c轴交错，并且在它们之间形成了一个内电场。Ti-O-Ti 键角几乎达到180 ^o，这种特殊的结构有利于降低电子-空穴对的复合，因为它可能刺激电子和空穴对的分离并促进光载体移动到晶体表面，从而有利于光催化氧化有机污染物。

目前，具备特殊形貌特征和较大比表面积的Bi₄Ti₃O₁₂微/纳米材料的制备及性能研究已取得了突破性进展，其中，低维纳米结构Bi₄Ti₃O₁₂由于比表面积大、结构特殊是应用潜力较大的代表性钛酸铋材料。2011年，Buscagli等人第一次报道了采用通过胶体化学方法获得的两种不同核壳结构反应模板的固相法制备Bi₄Ti₃O₁₂纳米管一维结构，为低维Bi₄Ti₃O₁₂纳米结构的制备奠定了重要的基础，但是，采用溶液自组装方法制备Bi₄Ti₃O₁₂单晶纳米线，还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶液法自组装制备Bi₄Ti₃O₁₂单晶纳米线的方法，该方法简单易行，可重复性高。