[发明专利]一种金属元素掺杂BiOF材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种金属元素掺杂BiOF材料的制备方法及其应用。本发明以铋酸盐、掺杂源、还原剂、氟源、分散剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原、掺杂及其氟化反应，再经过热处理、洗涤除杂、固液分离、干燥制备出金属元素掺杂BiOF材料。所制备的材料是由厚度为2～100nm纳米片或纳米颗粒构成，比表面积为3～300m²/g，所制备材料中掺杂金属元素与铋元素的摩尔比为(0.01～0.3):1。本发明具有工艺简单、易实现工业化生产、制造工艺成本低、环境友好等优势；所制备的金属元素掺杂BiOF材料在超级电容器、碱性二次电池、锂离子电池、光催化剂、珠光颜料、医药等领域具有广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种金属元素掺杂BiOF材料的制备方法及其应用，属于新型功能材料领域。

背景技术

卤氧化铋由于其独特的微观结构及物理化学性质，并且无毒、低成本，使其具有潜在的广泛应用，已广泛应用在电极活性材料、催化剂、颜料、化妆品、气体传感器、电子材料、医药材料等领域。

材料的结构与性能与制备工艺方法密切相关。目前合成超细功能粉体的方法根据合成原理可分为物理法和化学法。物理法可制得粒径易控的超细粒子，但所需设备昂贵；化学法成本低，易于通过过程控制调整粒子大小，但工艺流程复杂、并有可能带来环境污染。机械化学法是将物理法与化学法相结合，其基本原理是反应物质通过研磨过程提供的能量，提高反应物的化学活性，使得通常需要在高温下进行的反应能在较低温度下快速进行。机械化学合成方法是一种价格低廉、环境友好、高效率和可控性高的合成方法，这一制备方法使得材料的结构与性能具有更多的设计可能性、且易于工业化生产。

N.Balasubramanian等[Materials Science in Semiconductor Processing 41(2016)59–66]以氟化铵、硝酸铋、硝酸银、六亚甲基四铵为原料，乙二醇为溶剂通过溶剂热法合成了Ag-BiOF/g-C₃N₄复合材料并研究了其光催化降解罗丹明B的性能。C.Shivakumara等[RSC Adv 5(2015)9241-9254]以Bi₂O₃、NH₄F、Eu₂O₃为原料，通过高温固相反应制备了Eu³⁺活化的Bi0F荧光粉材料，并研究了它的光致发光、光催化等性能。

发明专利[申请公布号CN103421511A]公开了“一种稀土离子掺杂的卤氧化铋发光材料及其制备方法”，该发明将硝酸铋，稀土硝酸盐，卤化钾按一定的摩尔比混合溶于溶剂中、加入表面活性剂搅拌均匀，进行水热反应制备出稀土离子掺杂的卤氧化铋发光材料。

目前仅有少量关于金属元素掺杂BiOF材料制备的研究，主要有水热法，溶剂热法，溶胶—凝胶法等。然而这些方法普遍存在合成过程复杂，成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金属元素掺杂BiOF材料的制备方法及其应用。所制备的材料是由厚度为2～100nm纳米片或纳米颗粒构成，比表面积为3～300m²/g，所制备材料中掺杂金属元素与铋元素的摩尔比为(0.01～0.3):1。

本发明通过以下技术方案实现：

一种金属元素掺杂BiOF材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铋酸盐、掺杂源、还原剂、氟源、分散剂按1:(0.01～0.3):(0.25～2):(0.25～2):(0.001～0.3)的摩尔比(物质的量之比)混合均匀，得到原料混合物；

(2)将步骤(1)得到的原料混合物和磨球按1:(0.5～100)的质量比放入球磨罐中，在保护气氛下球磨0.2h～20h；