一種鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，其中，本鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料為呈立方體結(jié)構(gòu)的納米顆粒，另外，所述立方體的邊長為15～250nm。由本制備方法制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量高，可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進行檢測，檢出限可達0.01ng/L。而且，本制備方法所需的原料價廉、易得，且合成方便、反應(yīng)迅速、產(chǎn)率高，并易于規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料，本發(fā)明還涉及一種秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，屬于無機合成【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)檢測重金屬，因具有快速、方便等優(yōu)點，而廣受歡迎。但在研宄早期，一般使用汞作為富集重金屬的介質(zhì)，但是眾所周知，汞有劇毒，且易揮發(fā)，很容易對人體產(chǎn)生危害，且人體很難通過正常代謝將其排出體外，所以，使得這種方法的推廣及其使用面臨了前所未有的阻力。
[0003]近年來，使用低毒的鉍膜技術(shù)代替汞來用于重金屬的富集，使得電化學(xué)重金屬的檢測向前邁了一大步，并消除了整個檢測過程的二次污染。但隨著對鉍膜研宄的不斷深入，發(fā)現(xiàn)鉍膜的電極面積經(jīng)常會變化，且易脫落不穩(wěn)定、重復(fù)性差。所以修飾電極就是很好的替代方案，這樣一來，問題就轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝阅艿碾姌O材料的合成。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)CN102212880A報道了鉍納米花的合成，并表現(xiàn)出了不錯的電化學(xué)性能，引起了人們廣泛的興趣。但鉍納米結(jié)構(gòu)的合成還處于初期，因此，開發(fā)不同結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米材料變得尤為重要。此外，鉍金屬納米立方體的合成也至今無人報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對技術(shù)現(xiàn)狀提供一種能用來制備鉍修飾電極的質(zhì)量高的秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料。
[0006]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種操作方便、產(chǎn)率高的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，該材料為呈立方體結(jié)構(gòu)的納米顆粒。
[0008]其中，所述立方體的邊長為15?250nm。
[0009]本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010](I)將鉍源、表面活性劑分別溶于溶劑中，制得溶液A ;
[0011 ] (2)將所述溶液A升溫至50?120°C，加入還原劑溶液，保溫0.5?5小時，冷卻，制得秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料。
[0012]步驟(I)中，溶液A的配制過程為:采用超聲波或機械攪拌，將所述鉍源、表面活性劑溶解在溶劑中，制得溶液A。
[0013]步驟(I)中，所述鉍源為乙酸鉍、硝酸鉍、氯化鉍中的一種或兩種以上；
[0014]優(yōu)選的，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基碘化銨中的一種或兩種以上；
[0015]優(yōu)選的，所述溶劑為去離子水。
[0016]溶液A中，所述鉍源的濃度為0.001?0.5g/mL，優(yōu)選濃度為0.005?0.03g/mL，進一步優(yōu)選濃度為0.02g/mL。
[0017]溶液A中，所述表面活性劑的濃度為0.003?0.2g/mL，優(yōu)選濃度為0.01?0.09g/mL，進一步優(yōu)選濃度為0.05g/mL。
[0018]步驟⑵中，所述還原劑為硼氫化鈉、水合肼、檸檬酸鈉中的一種或兩種以上。
[0019]所述還原劑溶液中，還原劑的濃度為0.1?500g/mL，所述還原劑溶液的體積為ImL0
[0020]步驟(2)中，所述升溫的速率為0.5?2°C /min ；
[0021 ] 步驟(2)中，加入還原劑溶液時，在2秒內(nèi)向溶液A中注入還原劑溶液。
[0022]其中，所述溶液A與還原劑溶液的體積比為1:0.01?0.8，即1:0.01?1:0.8。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:由本鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法制得的材料為呈立方體結(jié)構(gòu)的納米材料，該立方體的邊長為15?250nm ;本鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量高，可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬鉛離子進行檢測，檢出限可達0.01ng/L。
[0024]本制備方法通過調(diào)整鉍源、表面活性劑的濃度及反應(yīng)的溫度、時間等，最終獲得了立方體結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，不僅獲得了質(zhì)量高、可用來制備鉍修飾電極的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，并且，本制備方法所需的原料價廉、易得，且合成方便、反應(yīng)迅速、產(chǎn)率高，并易于規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例1鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例1鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的能譜圖。

【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0028]實施例1
[0029]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備過程包括如下步驟:
[0030](I)采用超聲波或機械攪拌，將聚乙烯吡咯烷酮和乙酸鉍均勻溶解在去離子水中，得到30ml的溶液A，其中，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.05g/mL，乙酸鉍的濃度為0.02g/mL ；
[0031](2)將溶液A轉(zhuǎn)移至燒瓶中，以I°C /分鐘的升溫速率升溫至120°C，2秒內(nèi)快速注入Iml濃度為500mg/ml硼氫化鈉水溶液，保溫2小時，得到立方體結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)率為75%。
[0032]本實施例制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡見圖1，從圖1可以看出，本實施例的秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料呈立方體，其邊長在50?10nm之間；本實施例的秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料的能譜見圖2，從圖2可以發(fā)現(xiàn)本材料的主要成分為鉍元素，這說明鉍離子已被完全還原成單質(zhì)鉍。(其中，圖2中顯示的銅元素來自樣品架)
[0033]用本實施例制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬鉛離子進行檢測，檢出限可達0.01ng/Lo
[0034]實施例2
[0035]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備過程包括如下步驟:
[0036](I)采用超聲波或機械攪拌，將聚乙烯吡咯烷酮和乙酸鉍均勻溶解在去離子水中，得到30ml的溶液A，其中，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.04g/mL，乙酸鉍的濃度為0.01g/mL ；
[0037](2)將溶液A轉(zhuǎn)移至燒瓶中，以1°C /分鐘的升溫速率升溫至140°C，2秒內(nèi)快速注入Iml濃度為500mg/ml硼氫化鈉水溶液，保溫2小時，得到立方體結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)率為86%。
[0038]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料呈立方體，其邊長在30?70nm之間。用本實施例制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬鉛離子進行檢測，檢出限可達0.09ng/L。
[0039]實施例3
[0040]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備過程包括如下步驟:
[0041](I)采用超聲波或機械攪拌，將聚乙烯吡咯烷酮和乙酸鉍均勻溶解在去離子水中，得到30ml的溶液A，其中，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.01g/mL，乙酸鉍的濃度為0.01g/mL ；
[0042](2)將溶液A轉(zhuǎn)移至燒瓶中，以I°C /分鐘的升溫速率升溫至140°C，2秒內(nèi)快速注入Iml濃度為100mg/ml硼氫化鈉水溶液，保溫5小時，得到立方體結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)率為86%。
[0043]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料呈立方體，其邊長在20?60nm之間。用本實施例制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬鉛離子進行檢測，檢出限可達0.lng/Lo
[0044]實施例4
[0045]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備過程包括如下步驟:
[0046](I)采用超聲波或機械攪拌，將聚乙烯吡咯烷酮和乙酸鉍均勻溶解在去離子水中，得到30ml的溶液A，其中，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.01g/mL，乙酸鉍的濃度為0.03g/mL ；
[0047](2)將溶液A轉(zhuǎn)移至燒瓶中，以I°C /分鐘的升溫速率升溫至100°C，2秒內(nèi)快速注入Iml濃度為200mg/ml硼氫化鈉水溶液，保溫2小時，得到立方體結(jié)構(gòu)的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其產(chǎn)率為86%。
[0048]本實施例的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料呈立方體，其邊長在40?70nm之間。用本實施例制備的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備鉍修飾電極，所獲得的鉍修飾電極可對水溶液中的重金屬鉛離子進行檢測，檢出限可達0.05ng/L。
[0049]以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其特征在于:該材料為呈立方體結(jié)構(gòu)的納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料，其特征在于:所述立方體的邊長為15 ?250nmo
3.—種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉍金屬納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟: (1)將鉍源、表面活性劑分別溶于溶劑中，制得溶液A; (2)將所述溶液A升溫至50?120°C，加入還原劑溶液，保溫0.5?5小時，冷卻，制得秘金屬納米結(jié)構(gòu)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟⑴中，溶液A的配制過程為:采用超聲波或機械攪拌，將所述鉍源、表面活性劑溶解在溶劑中，制得溶液A。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述鉍源為乙酸鉍、硝酸鉍、氯化鉍中的一種或兩種以上； 優(yōu)選的，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基碘化銨中的一種或兩種以上； 優(yōu)選的，所述溶劑為去離子水。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:溶液A中，所述鉍源的濃度為0.001?0.5g/mL，優(yōu)選濃度為0.005?0.03g/mL，進一步優(yōu)選濃度為0.02g/mL ； 優(yōu)選的，溶液A中，所述表面活性劑的濃度為0.003?0.2g/mL，優(yōu)選濃度為0.01?0.09g/mL，進一步優(yōu)選濃度為0.05g/mL。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述還原劑為硼氫化鈉、水合肼、檸檬酸鈉中的一種或兩種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述還原劑溶液中，還原劑的濃度為0.1?500g/mL，所述還原劑溶液的體積為lmL。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述升溫的速率為0.5 ?2°C /min ； 優(yōu)選的，步驟(2)中，加入還原劑溶液時，在2秒內(nèi)向溶液A中注入還原劑溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述溶液A與還原劑溶液的體積比為 1:0.01 ?0.8。
【文檔編號】B82Y30/00GK104493154SQ201410742252
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】汪孫力, 夏思苑, 黎雨軒, 黎鵬 申請人:孚派特環(huán)境科技（蘇州）有限公司