專利名稱：無模板水熱合成一維納米Bi₂Fe₄O₉的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用鈦模板水熱法合成一維納米Bi2Fe4O9的方法，特別涉及在低 溫條件下利用鈦片為基底水熱法合成一維納米Bi2Fe4O9的方法。屬于納米鐵電技術范疇。
背景技術：
功能材料的性能與其形貌、尺寸、微觀結構以及晶體結構有很大的關系。微觀形貌 的控制不僅對材料的基礎研究有用，對材料的運用也有很大的價值[1-4]。Bi2Fe4O9是一種 優(yōu)良的氣敏材料，也是工業(yè)氨氧化為NO的一種重要的催化劑，應用價值非常巨大[5-6]?，F(xiàn) 在關于Bi2Fe4O9制備的報道尚很少見，一些運用水熱方法制備的Bi2Fe4O9的實驗環(huán)境比較 苛刻。2006年復旦大學韓建濤等人用水熱法在270°C制備出了 Bi2Fe4O9，但是反應條件非常 苛刻，反應PH值需要精確控制[7]。同年Zhi Yang等人使用溶膠凝膠法在AAO模板上制備 出了 Bi2Fe4O9納米線，但是所要求的反應時間較長，反應溫度較高[8]。[1]A. P. Alivisatos, Science, 271 (1996) 933.[2] Y. Sun, Y. Xia, Science, 298 (2002) 2176.[3]C. J. Kiely, J. Fink, M. Brust, D. Bethel, D. J. Schiffrin, Nature, 396(1998)444.[4]X. Wang, J. Zhuang, Q. Peng, Y. D. Li, Nature, 437 (2005) 121[5]N. I. Zakharchenko, Russ. J. App 1. Chem. 73(2000)2047.[6] A. S. Poghossian , H. V. Abovian , P. B. Avakian , S. H. Mkrtchian , V. M. Haroutunian, Sens. Actuators B. 4 (1991) 545.[7] J. T. Han, Y. H. Huang, R. J. Jia, G. C. Shan, R. Q. Guo, W. Huang, J. Cryst. Growth. 294(2006)469.[8]Z. Yang, Y. Huang, B. Dong, H. L. Li, S. Q. Shi, J. Solid State Chem. 179(2006)3324.

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種在較低溫度條件下無模板水熱合成一維納米Bi2Fe4O9 材料方法。它能實現(xiàn)一維納米Bi2Fe4O9的排列有序化。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是一種無模板水熱合成一維納米Bi2Fe4O9的方法，其特征是，以Bi(NO3)3 · 5H20和 Fe (NO3)3 ·9Η20作為反應原料，以NaOH作為水熱反應礦化劑，以純度為99. 9%鈦片為基底， 在160-220°C低溫條件下，水熱法合成一維納米Bi2Fe4CV其中，所述的水熱反應礦化劑NaOH的溶液濃度范圍為8_20摩爾/升。NaOH的溶 液濃度低于8摩爾/升時反應產物達不到高定向的要求。高于20摩爾/升時效果增加不 明顯且堿濃度太高容易腐蝕反應設備。反應溫度低于160°C反應慢，時間長，反應不完全，在200°C反應12小時已經完全，高于220°C效果增加不明顯，而且消耗熱能多。所述的水熱反應時間為12-72小時。少于12小時反應不完全，在160°C，220°C反 應72小時，反應均已完全。所述的反應原料Bi (NO3) 3 · 5H20和Fe (NO3) 3 · 9H20在反應時是按照等物質的量添 加的。反應原料財(而3)3*5!120和？6(而3)3*9!120在水熱反應濃度均為12-100毫摩爾/ 升。低于12毫摩爾/升時不能得到一維的Bi2Fe4O9晶體。高于100毫摩爾/升時效果變 化不明顯且浪費反應原料。具體制備步驟是
1)、將反應原料Bi (NO3)3 ·5Η20和Fe (NO3) 3 ·9Η20以等物質的量的比例溶于稀硝酸 (小于1當量濃度的硝酸)中，然后用NaOH水溶液滴定至沉淀完全，抽濾，并用去離子水洗 滌沉淀物至洗出溶液呈中性；2)、將步驟1)得到的洗滌后沉淀物溶于濃度為8-20摩爾/升的NaOH水溶液中， 并放入鈦片，然后放入反應釜并在160-220°C條件下反應12-72小時，在鈦片上生長產物；3)、將步驟2)得到的產物用去離子水和酒精洗滌后，放入烘箱中烘干，鈦片上得 到的最后產物即為一維納米Bi2Fe4CV從對產物的FESEM圖上可以明顯發(fā)現(xiàn)一維納米Bi2Fe4O9晶體垂直鈦片生長。本發(fā) 明關鍵在于控制礦化劑NaOH的濃度在8-20摩爾/升之間。本發(fā)明中所用Bi (NO3) 3 · 5H20, Fe (NO3) 3 · 9H20,硝酸，NaOH均為市購分析純試劑。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用鈦片為基底無模板水熱合成一維納米Bi2Fe4O9，通過調節(jié)一些水熱的 反應參數使得Bi2Fe4O9排列有序化。本發(fā)明的關鍵在于通過控制調節(jié)礦化劑濃度達到使材 料排列有序化，實現(xiàn)了材料結構的調控。本發(fā)明是利用鈦片為基底在160-220°C低溫環(huán)境 下，反應礦化劑濃度可控的水熱反應制備出一維納米Bi2Fe4O9材料，其可以用來制作性能良 好的半導體氣敏元件，還可以作為氨氧化制備NO的催化劑。其實現(xiàn)條件在可行性和可控性 方面都非常良好。


圖1是在200°C，NaOH濃度為12摩爾/升時制備出的Bi2Fe4O9的XRD圖譜，與 JCPDF 卡片(01-074-1098)對應。圖2是在200°C，NaOH濃度為12摩爾/升時制備的Bi2Fe4O9的SEM照片。(a為 10000 倍，b 為 3000 倍)從圖2可見一維納米Bi2Fe4O9晶體垂直鈦片定向生長，納米片狀Bi2Fe4O9由一維納 米Bi2Fe4O9晶體構成。
具體實施例方式實施例1將等物質的量的Bi (NO3) 3 · 5Η20(1· 94 克)禾口 Fe(NO3)3 · 9Η20(1· 616 克)溶于 0. 1 當量濃度的硝酸中，然后用12摩爾/升的NaOH溶液滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中 性，也洗掉其中的Na+和Ν03_。將得到的沉淀溶于濃度為8摩爾/升的NaOH溶液中，配成40毫升溶液；Bi (NO3) 3 · 5H20的濃度為100毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9H20的濃度為100毫摩 爾/升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在160°C烘箱中放置72小時，取出鈦片用 去離子水和酒精沖洗后放入60°C烘箱中放置4小時，鈦片上得到的最后產物即為一維納米 Bi2Fe4O9 晶體。
實施例2等物質量的 Bi (NO3) 3 · 5H20 (970 毫克)和 Fe (NO3) 3 · 9H20 (808 毫克)溶于 0. 1 當 量濃度的稀硝酸中，然后用12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中性， 也洗掉其中的Na+和NO”將得到的沉淀溶于濃度為20摩爾/升的NaOH溶液中，配成40 毫升溶液，Bi (NO3)3 · 5H20的濃度為50毫摩爾/升，F(xiàn)e(NO3)3 · 9H20的濃度為50毫摩爾/ 升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在180°C烘箱中放置50小時，取出鈦片用去離子 水和酒精沖洗后放入100°C烘箱中放置2小時，鈦片上得到的最后產物即為高度定向生長 的納米片狀Bi2Fe4CV片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體構成。實施例3等物質量的Bi (NO3)3 ·5Η20 (232. 8 毫克)和 Fe (NO3) 3 ·9Η20 (193. 9 毫克)溶于 0. 1 當量濃度的稀硝酸中，然后用12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中 性，也洗掉其中的Na+和Ν03_。將得到的沉淀溶于濃度為12摩爾/升的NaOH溶液中，配成 40毫升溶液，Bi (NO3) 3 · 5Η20的濃度為12毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9Η20的濃度為12毫摩爾 /升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在220°C烘箱中放置50小時，取出鈦片用去離 子水和酒精沖洗后放入80°C烘箱中放置4小時，鈦片上得到的最后產物即為高度定向生長 的納米片狀Bi2Fe4CV片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體構成。實施例4等物質量的Bi (NO3) 3 · 5H20(1. 552 克)禾口 Fe (NO3) 3 · 9H20(1. 293 克)溶于 0. 1 當 量濃度的稀硝酸中，然后12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中性，也 洗掉其中的Na+和NO”將得到的沉淀溶于濃度為12摩爾/升的NaOH溶液中，配成40毫 升溶液，Bi (NO3) 3 · 5H20的濃度為80毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9H20的濃度為80毫摩爾/升 溶液40毫升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在200°C烘箱中放置24小時，取出鈦 片用去離子水和酒精沖洗后放入100°C烘箱中放置2小時，鈦片上得到的最后產物即為高 度定向生長的納米片狀Bi2Fe409。片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體 構成實施例5等物質量的Bi (NO3) 3 · 5H20(582 毫克)和 Fe(NO3)3 · 9Η20(484· 8 毫克)溶于 0. 1 當量濃度的稀硝酸中，然后用12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中 性，也洗掉其中的Na+和Ν03_。將得到的沉淀溶于濃度為12摩爾/升的NaOH溶液中，配成 40毫升溶液，Bi (NO3) 3 · 5Η20的濃度為30毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9Η20的濃度均為30毫摩 爾/升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在200°C烘箱中放置24小時，取出鈦片用 去離子水和酒精沖洗后放入100°C烘箱中放置3小時，鈦片上得到的最后產物即為高度定 向生長的納米片狀Bi2Fe409。片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體構成。 Bi2Fe4O9 的 XRD 圖譜見圖 1，Bi2Fe4O9 的 FESEM 照片圖 2。實施例6
等物質量的Bi (NO3) 3 · 5H20(1. 552 克)禾口 Fe (NO3) 3 · 9H20(1. 293 克)溶于 0. 1 當 量濃度的稀硝酸中，然后12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中性，也 洗掉其中的Na+和NO”將得到的沉淀溶于濃度為8摩爾/升的NaOH溶液中，配成40毫升 溶液，Bi (NO3) 3 · 5H20的濃度為80毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9H20的濃度為80毫摩爾/升溶 液40毫升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在200°C烘箱中放置24小時，取出鈦片 用去離子水和酒精沖洗后放入100°C烘箱中放置2小時，鈦片上得到的最后產物即為高度 定向生長的納米片狀Bi2Fe409。片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體構 成。實施例7等物質量的Bi (NO3) 3 · 5H20 (1.552 克)和 Fe (NO3) 3 · 9H20 (1. 293 克)溶于 0. 1 當 量濃度的稀硝酸中，然后12摩爾/升的NaOH滴定至沉淀完全，抽濾水洗至溶液呈中性，也 洗掉其中的Na+和NO”將得到的沉淀溶于濃度為20摩爾/升的NaOH溶液中，配成40毫 升溶液，Bi (NO3) 3 · 5H20的濃度為80毫摩爾/升，F(xiàn)e (NO3) 3 · 9H20的濃度為80毫摩爾/升 溶液40毫升，迅速倒入50毫升的反應釜并加入鈦片，在200°C烘箱中放置24小時，取出鈦 片用去離子水和酒精沖洗后放入100°C烘箱中放置2小時，鈦片上得到的最后產物即為高 度定向生長的納米片狀Bi2Fe409。片狀Bi2Fe4O9為垂直鈦片生長的一維納米Bi2Fe4O9晶體 構成。
權利要求
無模板水熱合成一維納米Bi2Fe4O9的方法，其特征是，以Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O作為反應原料，以NaOH作為水熱反應礦化劑，以純度為99.9％鈦片為基底，在160-220℃低溫條件下，水熱法合成一維納米Bi2Fe4O9。
2.如權利要求1所述的無模板水熱合成一維納米Bi2Fe409的方法，其特征是，所述的水 熱反應礦化劑NaOH的濃度范圍為8-20摩爾/升。
3.如權利要求1所述的無模板水熱合成一維納米Bi2Fe409的方法，其特征是制備步驟 包括1)、將反應原料Bi(N03) 3 5H20和Fe (N03) 3 9H20以等物質量的比例溶于稀硝酸中，然 后用NaOH水溶液滴定至沉淀完全，抽濾，并用去離子水洗滌沉淀物至洗出溶液呈中性；2)、將步驟1)得到的洗滌后的沉淀物溶于濃度為8-20摩爾/升的NaOH水溶液中，然 后放入反應釜并放入鈦片，在160-220°C條件下反應12-72小時，在鈦片基底上生長產物；3)、將步驟2)得到的生長了產物的鈦片用去離子水和酒精沖洗后，放入烘箱中烘干， 鈦片上得到的最后產物即為一維納米Bi2Fe409。
4.如權利要求1或3所述的無模板水熱合成一維納米Bi2Fe409的方法，其特征是，所述 的反應原料Bi (N03) 3 5H20和Fe (N03) 3 9H20在水熱反應濃度均為12-100毫摩爾/升。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無模板水熱合成一維納米Bi2Fe4O9的方法，該方法是采用水熱制備方法，步驟是以等物質量的Bi(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于稀硝酸中，然后用NaOH水溶液滴定至沉淀完全，過濾并水洗至溶液呈中性；特點是將得到沉淀溶于濃度為8-20Mol/L NaOH溶液中，放入反應釜并加入鈦片，在160-200℃條件下反應12-72小時，在鈦片基底上生長產物；取出鈦片用去離子水和酒精沖洗后，放入烘箱中烘干，在鈦片上得到的最后產物即為一維納米Bi2Fe4O9。
文檔編號C01G49/00GK101830514SQ20101013262
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者周靜, 孫華君, 張成勇, 徐慶, 朱泉峣, 王一擘, 王瑞兵, 陳文 申請人:武漢理工大學