一种铋纳米颗粒的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铋（Bi)纳米颗粒的制备方法，具体地说，涉及一种较低成本，较 低温度下铋纳米颗粒的制备方法，属于材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 在过去几十年里，纳米材料的诸多物性带来一场产业技术革命，在众多纳米材料 中，与其它种类材料相比，金属纳米材料具有独特的性能，使得各种金属纳米材料在有机催 化、摄影、光电子学、信息储存、传感器、生物标记、成像、医学诊断和表面增强光谱等方面具 有巨大的应用潜力。金属纳米材料因其独特的性能使得其相应的制备受到广泛研究。金属 纳米材料的独特性能依赖于其维度、尺度、成分、晶型、形貌和几何结构，如：核-壳，固态以 及孔结构等。
[0003] 铋作为一种具有间接带隙能的半金属材料，有着独特的电学性质。因为铋的费密 面高度各向异性，以及导带和价带能量的少许交叠，使得价带和导带中各自产生空穴和电 子两种载流子，所述两种载流子浓度不大，有效质量很小，平均自由程很长，迁移率很高。铋 的特性使其被广泛应用于研究量子受限（量子阱）和量子线，磁阻和霍尔效应。量子效应如 铋薄膜和纳米线的半金属半导体转变现象吸引着科学家的广泛的关注。此外，铋在超导体、 热电材料、纳米材料、表面生长的活性剂以及环保的催化降解重金属上有较明显的作用，被 认为是铅的无毒替代产品，是世界上公认的绿色金属。
[0004] 铋还有丰富的医用价值，生活中常见的胃药、止血药物和化疗医疗器械中，就有铋 的成分，六铋治中就含有铋。医药行业作为抗经济周期性较强的行业，对铋的需求一直呈 现稳定增长的趋势。特别是化合物钒酸铋，首选的新一代环保材料铋及其化合物钒酸铋等 因为具有无毒、耐腐蚀的特点，同时具有良好的色泽在颜料领域的市场需求日显凸显；在食 品、玩具等领域、光催化等领域也具有广阔的应用前景。
[0005] 铋金属还是优秀的无污染热电材料。热电材料是一种能将热能和电能相互转换的 功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热 电制冷的应用提供了理论依据。如随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地 球难于日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系 统，热电发电对这些应用尤其合适。目前，铋系金属合金物称为热电材料纳米化、无毒、提高 热电转化效率的主要角色，近些年来已成为国外热电材料方向研究热点。
[0006] 铋系金属还是高温超导材料的重要组成成员。近日，清华大学应用超导研究中心 研制成功了 340米长的铋系（BSCCO)高温超导导线。刷新了我国高温超导导线的最新记录， 表明我国已跻身掌握铋系高温超导线材产业化技术的少数先进国家之列。因此特殊性状的 铋金属颗粒的制备具有深层价值。
[0007] 从铋的工业冶炼提纯方法方面来讲，我国的铋矿储量丰富，占世界铋矿总量的 74%，矿产估值在70亿美元之上，但传统的高温熔融冶炼工艺耗能大，成本高，中间会产生 污染，低成本高效率的湿法冶矿技术的需求十分迫切。总之，需要本领域技术人员迫切解决 的一个技术问题就是：如何在较低的温度下，较低压强下大量生产形貌均一，低维尺度的铋 纳米颗粒，并控制生产成本。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铋纳米颗粒的制备方法， 所述方法能够避免已有方法成本高、污染高、粒径大以及可控性差等缺点，并且能够在工艺 简单的前提下，制备得到高产率、可控性好、粒径均一、尺寸小、水溶性好且稳定的铋纳米颗 粒。
[0009] 为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
[0010] 一种铋纳米颗粒的制备方法,所述方法步骤如下：
[0011] 将硝酸铋和葡萄糖在搅拌下溶解于水中，得到溶液A ;将能溶于水的碱金属氢氧 化物溶解于水中，得到溶液B ;将溶液A和溶液B在50°C~80°C下混合反应2h~3h，得到 含铋纳米颗粒溶液，洗涤含铋纳米颗粒溶液，分离出沉淀，真空干燥，得到铋纳米颗粒。
[0012] 溶液A中，铋离子和葡萄糖的摩尔比为1:5~1:10,铋离子的浓度为0.0 lmol/L~ 0.03mol/L〇
[0013] 含铋纳米颗粒溶液中，铋离子与氢氧根的摩尔比为1:20~1:50,pH值为13~14。
[0014] 优选将五水合硝酸铋和葡萄糖在60°C~75°C搅拌下溶解于水中。
[0015] 优选溶液A中，铋离子和葡萄糖的摩尔比为1:5~1:7. 5;铋离子的浓度为 0· 02mol/L ~0· 05mol/L。
[0016] 优选溶液B中，碱金属氢氧化物的浓度为lmol/L~5mol/L。
[0017] 优选碱金属氢氧化物为氢氧化锂（LiOH)、氢氧化钠（NaOH)或氢氧化钾（KOH)。
[0018] 优选在60°C~75°C下向A溶液中滴加浓度为20g/L~30g/L的助剂水溶液，得到 溶液C，将溶液C和溶液B混合，得到含铋纳米颗粒溶液，洗涤含铋纳米颗粒溶液，分离出沉 淀，真空干燥，得到铋纳米颗粒；
[0019] 其中，铋离子和葡萄糖的摩尔比为1:5~1:7. 5;
[0020] 溶液C中，铋离子的浓度为0· Olmol/L~0· 03mol/L ;助剂与葡萄糖的质量比为 1:10 ~1:15 ;
[0021] 含铋纳米颗粒溶液中，助剂浓度为I. 5g/L~2. 5g/L ;
[0022] 含铋纳米颗粒溶液pH为13~14。
[0023] 所述助剂为非离子型高分子表面活性剂；优选为聚乙烯基吡咯烷酮（PVP)、或 十六烷基溴化铵（CTAB)。
[0024] 优选聚乙烯基吡咯烷酮为K30型，分子量为44000g/mol~54000g/mol。
[0025] 优选混合方式如下：
[0026] 在超声条件下，于60°C~75°C将溶液B逐滴滴加到溶液C中，使得铋离子和氢氧 根离子的摩尔比为1:20~1:60。
[0027] 所述水为纯度在去离子水纯度以上的水。
[0028] 优选洗涤为依次分别用乙醇、水和丙酮洗涤。
[0029] 优选分离沉淀采用离心分离沉淀。
[0030] 有益效果
[0031] 1.本发明提供了一种铋纳米颗粒的制备方法，所述方法能够克服已有制备铋纳米 颗粒方法费用高、污染大、水溶性差、粒径大以及可控性差等缺点，能够在工艺简单的前提 下，制备得到产率高、可控性好、粒径均一、尺寸小、水溶性好且稳定的铋纳米颗粒；
[0032] 2.本发明提供了一种铋纳米颗粒的制备方法，所述方法所使用的试剂硝酸铋、葡 萄糖、PVP、水和碱金属氢氧化物，使得成本低廉，对环境污染小；
[0033] 3.本发明提供了一种铋纳米颗粒的制备方法，所述方法所用主要试剂葡萄糖水溶 性以及稳定性好，使制得的含铋纳米颗粒溶液静置30天后干燥，物性不变性，对其实现在 大规模农业病虫害防治，生物医疗等领域的实际应用提供了可能；
[0034] 4.本发明提供了一种铋纳米颗粒的制备方法，所述方法中使用大分子有机物作为 助剂，大分子有机物中的官能团具有抑制外延生长作用，也即控制晶粒的大小从而达到控 制微观尺度；
[0035] 5.本发明提供了一种铋纳米颗粒的制备方法，所述方法制备得到的铋纳米颗粒的 粒径均一，颗粒尺寸小于10nm。
【附图说明】