[发明专利]一种金属元素掺杂Bi2

说明书

本发明涉及一种金属元素掺杂Bi₂O₃材料的制备方法及其应用。本发明以铋酸盐、掺杂源、还原剂、助剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原及掺杂反应，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的Bi₂O₃材料。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，材料的比表面积为3～300m²/g、粒径为30～200nm。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Bi₂O₃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Bi₂O₃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

为了进一步提高氧化铋材料的物理化学性能，金属元素掺杂是一种重要的手段。通过金属元素掺杂形成的材料，具有未掺杂材料所不具有的优良性能，已经受到了极大的关注。

目前，制备金属元素掺杂氧化铋复合材料的方法主要有液相法、固相法和气相法。而固相法，特别是机械化学法，因其操作简单、成本低、产量高、容易产业化的特点，被广泛关注。Jiang等[Bulletin of The Chinese Ceramic Society 2(2011)452-456]以Bi₂O₃和SiO₂为原料，利用固相球磨法制备出Bi₄Si₃O₁₂粉体材料。Fang等[Materials Science andEngineering of Powder Metallurgy 4(2014)566-569]以摩尔比为1:1的Bi₂O₃和WO₃粉末为原料，通过高能球磨法制备核壳结构的Bi/WO_x复合粉体材料，并进一步研究了富氧壳层对复合粉体耐氧化性和禁带宽度的影响。P.Malathy等[Ceramics International 40(2014)101-107]以 Bi(NO₃)₃和NiSO₄作为原料，Bi和Ni的摩尔比为1:0.25，利用化学沉淀法制备出镍掺杂氧化铋材料。

发明专利[授权公告号CN102345163B]提供“一种利用固相反应法制备单相多晶钼酸铋的方法与应用”，该方法首先将铋粉与三氧化钼按摩尔比1:5混合，再经过球磨、压片和煅烧制备出单相多晶钼酸铋Bi_0.27Mo₂O₅材料。发明专利[申请公布号CN102969164A]提供一种“钴-铋复合氧化物的制备及其在制备超级电容器电极中的应用”，该发明以钴和铋的硝酸盐为原料，采用溶剂热法制备出钴-铋复合氧化物用作超级电容器材料。

上述方法均获得了掺杂氧化铋材料，但仍然存在工艺复杂、反应条件苛刻等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属元素掺杂Bi₂O₃材料的制备方法及其应用。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，所制备出金属元素掺杂Bi₂O₃材料的比表面积为8～100m²/g、粒径范围为30～200nm。本发明以五价铋酸盐、掺杂源、还原剂、助剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原及掺杂反应制备出金属元素掺杂Bi₂O₃材料，具有制备工艺简单、易于工业化生产、生产过程环境友好，产品纯度高、产品微观形貌及粒径易于控制等优势。

本发明通过以下技术方案实现：