專利名稱：磷酸鉍納米粉體及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米發(fā)光和催化材料領域中的一種多晶相磷酸鉍納米粉體及其溶劑敏感的制備方法。
背景技術：
納米發(fā)光材料在光、電、磁等方面，與其塊體材料相比，表現(xiàn)出了許多新奇的性質(zhì)， 其在眾多領域，如LEDs、激光器件、生物標記和成像等，存在潛在應用，引起了國內(nèi)外學者的濃厚興趣，成為納米光電子學的前沿內(nèi)容。傳統(tǒng)的納米發(fā)光基質(zhì)材料如釩酸釔，鎢酸鈣已經(jīng)不能滿足社會的需要，迫切需要開發(fā)新型的納米發(fā)光基質(zhì)材料。磷酸鉍的晶體結構與稀土磷酸鹽相似且電子結構與稀土離子的能級匹配，因此，它是一種新穎且具有廣闊應用前景的納米發(fā)光基質(zhì)材料。此外，磷酸鉍在光催化、離子傳感器、放射性元素的分離以及磷酸鹽玻璃導電性能的改性等領域也有著廣泛的應用。在磷酸鉍的三種晶相結構(如六角相，低溫單斜相，高溫單斜相)中，六角相和低溫單斜相具有優(yōu)異的催化和發(fā)光性能以及特殊的穩(wěn)定性。然而，多晶相磷酸鉍的制備至今仍然屈指可數(shù)，且主要是采用微波法、水熱法和化學氣相沉積法。這些方法操作復雜，工藝繁瑣，不太可能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明在室溫下通過變換反應溶劑成功制備出了六角相和低溫單斜相磷酸鉍，兩相的含量依賴于化學試劑的種類醇類溶劑得到低溫單斜相磷酸鉍；烷烴、芳香烴類溶劑得到六角相磷酸鉍；醚、酮、 醛、羧酸類溶劑得到低溫單斜相和六角相磷酸鉍的混相；水為溶劑得到六角相磷酸鉍。通過反應試劑的控制可以有效調(diào)變六角相和低溫單斜相的含量。該制備方法簡單、實用、高效、 成本低，所制備的材料發(fā)光性能和催化性能優(yōu)異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多晶相磷酸鉍納米粉體及其溶劑敏感的制備方法，通過反應試劑的控制，可以有效調(diào)變六角相和低溫單斜相磷酸鉍的相含量。本發(fā)明所提供的多晶相磷酸鉍納米粉體，其粒徑在20 500nm之間。該多晶相磷酸鉍可按照包括下述步驟的方法制備(1)稱量鉍鹽和稀土鹽，并溶解到所選擇的溶劑中；(2)稱量磷酸鹽加入到步驟(1)中溶液中，反應數(shù)小時得到懸浮液；(3)將步驟(1)得到的懸浮液，分別用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，在60 80°C干燥5 12小時后，得到不同晶相的磷酸鉍納米粉體。上述步驟(1)中的鉍鹽為五水合硝酸鉍、氯化鉍中的一種或兩種；步驟(1)中的稀土元素為鑭系或錒系元素中的一種或數(shù)種；溶劑為環(huán)己烷、正丁烷等烷烴類；苯、四氫萘等芳香烴類；正丁醚、乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚等醚類；丙酮、環(huán)己酮等酮類；辛醛、苯乙醛等醛類；甲酸、丙酸等酸類；無水乙醇、乙二醇、聚乙二醇、苯甲醇、環(huán)己醇等醇類；去離子水的一種；所述步驟O)中的磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸鈉、磷酸氫二鈉中的一種或幾種。
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本發(fā)明利用共沉淀法的工藝特點，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，調(diào)整反應物與溶劑種類，獲得六角相和低溫單斜相磷酸鉍及其稀土摻雜的磷酸鉍。本發(fā)明是在室溫下通過反應試劑的調(diào)控有效調(diào)變六角相和低溫單斜相磷酸鉍的含量，是一種非常簡單且易于規(guī)?；a(chǎn)的制備方法。本發(fā)明的六角相和低溫單斜相磷酸鉍可用作發(fā)光基質(zhì)材料(摻雜稀土元素)和催化材料(不摻雜稀土元素)。


圖1為實施例1中低溫單斜相磷酸鉍的X-射線衍射圖譜。圖2為實施例1中低溫單斜相磷酸鉍整體形貌的透射電鏡照片。圖3為實施例1中低溫單斜相磷酸鉍的光激發(fā)和發(fā)射譜圖譜。圖4為實施例1中低溫單斜相磷酸鉍的催化性能圖。圖5為實施例2中六角相磷酸鉍的X-射線衍射圖譜。圖6為實施例2中六角相磷酸鉍整體形貌的透射電鏡照片。圖7為實施例2中六角相磷酸鉍的光激發(fā)和發(fā)射譜圖譜。圖8為實施例1中六角相磷酸鉍的催化性能圖。
具體實施例方式本發(fā)明的主要實施過程是(1)以鉍鹽為起始原料，將其加入到溶劑中，并可加入稀土鹽，攪拌得到均勻的懸
浮液或澄清溶液；(2)稱量磷酸鹽加入到上述溶液中，在室溫下反應數(shù)小時得到懸浮液；(3)將得到的懸浮液離心，分別用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，在60 80°C干燥5 12小時后，得到不同晶相的磷酸鉍(摻雜或未摻稀土元素)。以下通過實施例進一步闡明本發(fā)明的特點，但不局限于實施例。下述實施例中的實驗方法，如無特別說明，均為常規(guī)方法。實施例1 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪或者不添加，將其加入到無水乙醇溶液中，攪拌使其溶解；稱量磷酸二氫銨加入到溶液中，攪拌在室溫下反應4小時， 得到懸浮液；將懸浮液離心并用無水乙醇洗滌，然后用去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在 60°C干燥8小時后最終得到摻銪的磷酸鉍。其圖1為此實施例制備的磷酸鉍的X-射線衍射圖譜，從圖譜中可以看出，其物相為低溫單斜相磷酸鉍，其圖2為此實施例所得樣品在透射電鏡下整體形貌的照片。其圖3為此實施例添加六水合硝酸銪合成的低溫單斜相磷酸鉍的激發(fā)和發(fā)射譜圖，從圖譜中可以看出，最佳激發(fā)波長為394nm，發(fā)射波長為593nm。其圖4 為不添加六水合硝酸銪合成的低溫單斜相磷酸鉍對亞甲基藍(濃度為IOppm)的紫外光降解性能圖。實施例2 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪或者不添加，將其加入到苯溶液中，攪拌使其溶解；稱量磷酸二氫銨加入到溶液中，攪拌在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用無水乙醇洗滌，然后用去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8 小時后最終得到摻銪的磷酸鉍。其圖5為此實施例制備的磷酸鉍的X-射線衍射圖譜，從圖譜中可以看出，其物相為六角相磷酸鉍，其圖6為此實施例所得樣品在透射電鏡下整體形貌的照片。其圖7為此實施例添加六水合硝酸銪合成的六角相磷酸鉍的激發(fā)和發(fā)射譜圖， 從圖譜中可以看出，最佳激發(fā)波長為394nm，發(fā)射波長為593nm。其圖8為不添加六水合硝酸銪合成的六角相磷酸鉍對亞甲基藍(濃度為IOppm)的紫外光降解性能圖。實施例3:以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到去離子水中，攪拌使其形成均勻懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液用去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8小時后最終得到磷酸鉍， 經(jīng)XRD測試知其為六角相磷酸鉍。實施例4 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到環(huán)己烷溶液中，攪拌得到均勻的懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用乙醇和去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8小時后最終得到磷酸鉍，經(jīng)XRD測試知其為六角相和低溫單斜相磷酸鉍的混相。實施例5 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到二乙二醇二甲醚溶液中，攪拌得到均勻的懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4 小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用乙醇和去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8 小時后最終得到磷酸鉍，經(jīng)XRD測試知其為六角相和低溫單斜相磷酸鉍的混相。實施例6 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到丙酮溶液中，攪拌得到均勻的懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用乙醇和去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8小時后最終得到磷酸鉍，經(jīng)XRD測試知其為六角相和低溫單斜相磷酸鉍的混相。實施例7 以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到辛醛溶液中，攪拌得到均勻的懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用乙醇和去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8小時后最終得到磷酸鉍，經(jīng)XRD測試知其為六角相和低溫單斜相磷酸鉍的混相。實施例8:以五水合硝酸鉍為起始原料，并添加六水合硝酸銪，將其加入到丙酸溶液中，攪拌得到均勻的懸濁液；稱量磷酸二氫銨加入上述溶液中，攪拌并在室溫下反應4小時，得到懸浮液；將懸浮液離心并用乙醇和去離子水洗滌抽濾得到沉淀物，在60°C干燥8小時后最終得到磷酸鉍，經(jīng)XRD測試知其為六角相磷酸鉍。
權利要求
1.多晶相磷酸鉍納米粉體，該粉體顆粒的平均粒徑為20 500nm。
2.根據(jù)權利要求1的磷酸鉍納米粉體，該粉體為低溫單斜相磷酸鉍或六角相磷酸鉍或為低溫單斜相和六角相磷酸鉍的混相。
3.一種制備權利要求1所述的多晶相磷酸鉍納米粉體的方法，包括以下步驟(1)稱量鉍鹽和稀土鹽，并溶于溶劑中；(2)稱量磷酸鹽加入到步驟(1)中溶液中，反應數(shù)小時得到懸浮液；(3)將步驟( 得到的懸浮液，分別用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，在60 80°C干燥5 12小時后，得到不同晶相的磷酸鉍納米粉體。
4.根據(jù)權利要求3所述的多晶相磷酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的鉍鹽選自五水合硝酸鉍、氯化鉍中的一種或兩種；稀土元素為鑭系或錒系元素中的一種或數(shù)種；溶劑選自烷烴、芳香烴、醚、酮、醛、羧酸、醇、去離子水的一種；
5.根據(jù)權利要求3所述的多晶相磷酸鉍納米粉體的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的磷酸鹽選自磷酸二氫銨、磷酸鈉、磷酸氫二鈉中的一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明提供多晶相磷酸鉍納米粉體及其制備方法。該磷酸鉍納米粉體平均粒徑為20～500nm。本發(fā)明在室溫條件下獲得不同晶相結構的磷酸鉍納米粉體，兩相磷酸鉍納米顆粒的含量依賴于化學試劑的種類醇類溶劑得到低溫單斜相磷酸鉍；烷烴、芳香烴類溶劑得到六角相磷酸鉍；醚、酮、醛、羧酸類溶劑得到低溫單斜相和六角相磷酸鉍的混相；水為溶劑得到六角相磷酸鉍。該低溫單斜相和六角相磷酸鉍納米材料可用作發(fā)光基質(zhì)材料和催化材料。
文檔編號B82Y40/00GK102491301SQ20111039995
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月4日 優(yōu)先權日2011年12月4日
發(fā)明者付超超, 李廣社, 李莉萍, 趙明磊 申請人:中國科學院福建物質(zhì)結構研究所