[发明专利]一种纳米椭球状磷酸铋材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米椭球状磷酸铋材料的制备方法。将一定量的硝酸铋溶解在多元醇和一元醇的混合溶液中，加入磷酸或磷酸盐，经共沉淀反应得到磷酸铋前驱体悬浊液，转移到水热反应釜中，控制时间进行高温晶化，晶化产物经洗涤、干燥、得到纳米球状磷酸铋。本发明工艺先进，原料价格低廉；产品晶型稳定、形貌可控性强、电化学性能好；具有绿色无污染、产率高、易于工业化等优点，是一种理想的制备方法。

技术领域

本发明属于纳米磷酸盐无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种纳米椭球形貌磷酸铋功能材料的制备方法。

背景技术

磷酸盐类化合物在磁性材料，催化，离子交换，能源存储等领域具有非常广泛的应用价值。金属铋磷酸盐的研究主要集中于多相催化、光催化、固体离子导体、离子交换、燃料电池电极材料领域，尤其在新型能源存储领域的研究与应用日益增多。磷酸铋晶体中Bi³⁺含有三个电子，在电化学反应中可实现多电子转移，是潜在的高比容量电极材料，其理论体积比容量是商业化钴酸锂的两倍。磷酸铋具有多样性的结构，合成特定形貌的，具有较大接触面积的纳米级磷酸铋晶体是目前研究的热点。纳米级磷酸铋晶体，具有大的接触面积，可以在纳米量级调控材料的结构，从而实现最大限度的利用材料。磷酸盐类化合物具有丰富的P-O配位和开放式的骨架结构，具有多样性的结构和独特的性能，在光电子学，自旋电子学，催化剂，化学和生物传感器，超级电容器，太阳能电池和锂离子电池领域占据重要的地位。

金属铋磷酸盐的制备方法主要包括固相法、水热法、微波法、溶胶凝胶法等，其中应用最广泛的是水热法，该方法具有能耗低，绿色无污染，制备的样品结晶度高，形貌尺寸差异性小，样品团聚现象少，形貌可控性强等特点。如文献“Nithya V D,Selvan R K,Vasylechko L.Journal of Physics and Chemistry of Solids,2015,86:11-18.”报道了采用水热法合成正四面体形态磷酸铋。不同形态的磷酸铋具有不同的特性，如文献“Hu B,Wang X,Wei Q,et al.Journal of Alloys and Compounds,2013,579:18-26.”利用室温沉淀法合成六方相磷酸铋，并通过煅烧合成不同晶型结构的磷酸铋。目前合成的金属磷铋主要为棒状结构、立方体结构等。不同微观形貌、颗粒尺寸的材料具有不同的性能，因此，开发高比表面积的纳米球状结构的磷酸铋材料具有实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米椭球状形貌磷酸铋的制备方法。本发明具体实施的技术方案如下：

所述方法以铋盐、磷酸或磷酸盐为原料，多元醇和一元醇混合溶液为溶剂，采用溶剂热晶化合成洗涤干燥的工艺过程。其特征在于：按设定配比配制多元醇和一元醇混合溶剂，按配比将三价铋盐溶解在混合溶剂中，Bi³⁺离子浓度为0.01-1.0mol/L，其次在溶液中加入磷酸或磷酸盐。室温下高速搅拌0.5-2h，随后将前驱体悬浊液转移到反应釜中密封，进行晶化反应，晶化温度100-200℃，晶化时间1-24h，沉淀产物经去离子水和无水乙醇洗涤至中性，过滤、干燥即制得纳米椭球状形貌磷酸铋材料。

上述1项中所述的铋盐，包括三氯化铋、硫酸铋、硝酸铋、醋酸铋中的一种或两种。

上述1项中所述的磷酸或磷酸盐，包括磷酸、磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的一种或两种。

上述1项中所述的多元醇和一元醇混合溶液，包括甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、季四戊醇中的两种，体积比在1.0:4.0-4.0:1.0。

上述1项中所述的溶剂热晶化合成洗涤干燥的工艺过程中铋盐、磷酸或磷酸盐的配比：磷酸根离子/Bi³⁺离子摩尔比为0.9:1.0-1.1:1.0。同时控制反应体系中Bi³⁺离子浓度在0.01-1.0mol/L，优选0.01-0.08mol/L，更优选0.01-0.06mol/L，最优选0.02-0.04mol/L。