[发明专利]一种BiOF材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种BiOF材料的制备方法及其应用。本发明以铋酸盐、还原剂、氟源、助剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原与氟化反应，再经过热处理、洗涤除杂、固液分离、干燥制备出BiOF材料。所制备的BiOF材料由2～500nm纳米片或纳米颗粒构成，比表面积为3～300m²/g。本发明具有工艺简单、易于工业化生产、制造工艺成本低、环境友好等优势；所制备的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

氟氧化铋是一种重要的功能材料，由于其独特的微观结构及物理化学性质，并且无毒、成本低，将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。

Su等[Scripta Materialia 62(2010)345-348]以硝酸铋、氟化铵为原料，乙二醇为溶剂，采用液相沉淀及后续的热处理方法制备出BiOF材料并在紫外光下研究了它的光催化性能。Matar等[Solid State Ionics11(1983)77-81]以Bi₂O₃和BiF₃为原料，通过600℃的高温固相法制备出BiOF材料。Teng等[RSC Adv.5(2015)88936-88942]以硝酸铋、氟化铵为原料，乙醇为溶剂，通过溶剂热法制备出(002)晶面暴露的BiOF纳米材料，并研究了在紫外光下降解罗丹明B的光催化性能。

发明专利[申请公布号CN104148094A]公开了“一种氟氧化铋/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法”，该发明用乙二醇分别溶解硝酸铋和氟化钠，采用水解沉淀法制备出氟氧化铋。发明专利[申请公布号CN104891444A]公开了“一种制备BiOF光催化剂的方法及催化剂作用”，该发明以四氢呋喃水溶液为溶剂，以硝酸铋和氢氟酸为原料，通过水热法合成了BiOF光催化剂。

目前只有少量关于BiOF材料的制备研究，主要有水热法，溶剂热法等。但是这些方法普遍存在合成过程复杂，成本高，生产过程中会产生有害副产物，不适合大量生产等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种BiOF材料的制备方法及其应用。将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原与氟化反应，再经过热处理、洗涤除杂、固液分离、干燥制备出BiOF材料。

本发明通过以下技术方案实现：

一种BiOF材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铋酸盐、还原剂、氟源和助剂按1:(0.25～2):(1～2):(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)所得原料混合物和磨球按1:(1～100)的质量比放入球磨机中，在保护气氛下球磨0.2h～20h；

(3)将步骤(2)得到的球磨混合物置于高温炉中在100～600℃下热处理0.5～10h，将热处理后的产物分别用蒸馏水和无水乙醇进行洗涤除杂，然后进行固液分离、干燥，即得BiOF材料。

进一步地，所述的铋酸盐为铋酸钠、铋酸锂、铋酸钾、铋酸镁中的一种或两种以上。