一种湿化学制备Bi₂Fe₄O₉纳米粉体的方法

专利名称：一种湿化学制备Bi₂Fe₄O₉纳米粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种湿化学制备纳米Bi2Fe4O9粉体的方法。属于无机非金属材料制备领域。
背景技术：
铁酸铋(Bi2Fe4O9)作为一种优良的气敏材料，对乙醇和丙酮等气体具有良好的响应，可以用作半导体气敏传感器。同时铁酸铋也可用作工业氨氧化为NO的催化剂，替代目前大量使用的昂贵且不易回收的钼、铑和钯合金催化剂。此外，近几年来，铁酸铋的磁、电性能及两者之间的磁电耦合效应受到了人们的关注。通过磁电效应可以实现磁电转换功能， 在信息存储、传感器等方面具有广阔的应用前景。Bi2Fe4O9纳米材料的制备方法中，水热法研究的较多，其中一些制备方法对实验环境的要求比较苛刻2006年韩建涛等人(J. Cryst. Growth. , 294: 469 (2006))用水热法在270°C制备出了 Bi2Fe4O9，但是需对反应的pH值精确控制；同年Zhi Yang等人(J. Solid State Chen. 179: 3324 (2006))使用溶胶凝胶法在AAO模板上制备出了 Bi2Fe4O9纳微米线，但是反应时间较长，反应温度也较高；申请号为201010132625. 5的发明专利申请记载陈文等人使用一种无模板水热法合成了一维Bi2Fe4O9纳米线，并发现通过提高NaOH的浓度，可以获得纳米片状Bi2Fe4O9 ;2008年于志伟等人(无机化学学报，24: 483 (2008))采用水热法制备了 Bi2Fe4O9纳米粉体,但是颗粒比较粗糙,粒径超过I μ m。

发明内容
本发明的目的在于提供一种湿化学制备纯相Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，工艺简单， 粒径在 100-400nm。为了实现上述方面目的，本发明采用以下的技术方案
一种湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于包括以下步骤
(O原料的配制将Bi2O3加入反应容器中，加入浓度为20-40%的稀硝酸使Bi2O3完全溶解，然后加入50-100ml蒸馏水；按照摩尔比Fe :Bi=2 =IJ^Fe(NO3)3 · 9H20称料并加入上述溶液中，搅拌混勻；
该步骤中因为仅需要少量的稀硝酸即可溶解Bi2O3，而且稀硝酸的浓度以20-40% 为宜，为了便于后续反应步骤的进行，需要加入适量蒸馏水扩大反应体系的容积，加入的蒸馏水的量以Bi2O3为参照，当Bi2O3的量取O. 01 mol时，加入的蒸馏水以50 ml为宜，因为若加入的蒸馏水太多会延长步骤(2)的烘干时间；加入的蒸馏水太少，会影响反应步骤(I)中 Fe (NO3) 3 · 9H20和反应步骤(2)中酒石酸的溶解与均匀混合。(2)湿化学法合成按酒石酸总金属离子为1:1-2:1的摩尔比，所涉及的金属离子是Bi离子与Fe离子；在步骤(I)的混合溶液中加入酒石酸颗粒，在90-120°C持续搅拌O. 5 I小时，使酒石酸完全溶解，并混合均匀；然后将温度提高到120-150°C，继续搅拌，直到溶液成为粘稠状，停止搅拌，在150-200°C时烘干。然后将该反应物置于烘箱中，在350-450°C预烧2-4h，去除其中的有机物，即可获得反应前驱物粉末；
(3)烧结成相将获得的前驱物粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，在700-900°C烧结 l-2h，即得到不同颗粒尺寸的Bi2Fe4O9纳米粉体。烧结温度若低于700°C，Bi2Fe4O9不能完全成相，烧结温度若高于90(TC，则颗粒尺寸太大，甚至会出现熔融现象。步骤(2)获得的前驱物为疏松带孔结构，研磨是为了提高其分散性，研磨时间和力度没有具体的限制，前驱物在常规的研磨条件下即分散为较小的颗粒。有益效果本发明获得的纯相的Bi2Fe4O9粉体，粒径在100_400nm，而且粉体颗粒的大小可以通过烧结温度调控，该Bi2Fe4O9纳米粉体可用作气敏材料或烧结成型后制备 Bi2Fe4O9 陶瓷。


图I为实施例I制备得到的Bi2Fe4O9的X射线衍射图。图2为实施例I制备得到的Bi2Fe4O9纳米粉体的场发射扫描电镜图。
具体实施例方式本发明采用分析纯的Bi2O3和Fe (NO3) 3 · 9H20作为反应原料，且按Bi2Fe4O9的化学计量比称重并配料。实施例I
一种湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，包括以下步骤
(1)将Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩尔比为2:1配料并称重；先用浓度为20%的稀硝酸将Bi2O3粉末溶解，然后加入50ml蒸馏水，再加入Fe (NO3) 3 · 9H20,通过磁力搅拌，使原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；
(2)接着按照酒石酸与总金属离子的摩尔比为1:1加入分析纯的酒石酸颗粒(购自国药集团化学试剂公司)，在90°C继续磁力搅拌I小时，使酒石酸完全溶解，并混合均匀。然后将温度提高到120°C，继续磁力搅拌，直到溶液成为粘稠状。该过程大概需要1-3小时。此时停止搅拌，并在200°C时烘干，获得前驱物；
(3)然后将上述前驱物置于烘箱中，在400°C预烧4h，以去除其中的有机物。再将获得的粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，在800°C烧结lh，即得到Bi2Fe4O9纳米粉体。从图I样品的X射线衍射图，观测到的衍射峰与标准的Bi2Fe4O9 —致(JCPDS 25-0090)，没有出现其它杂质峰。这说明样品为纯相的Bi2Fe4O9粉体。图2是Bi2Fe4O9纳米粉体的场发射扫描电镜图。从图中可以看出，其颗粒粒径约为200-300nm。实施例2
一种湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，包括以下步骤
(1)将Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩尔比为2:1配料并称重；先用浓度为30%的稀硝酸将Bi2O3粉末溶解，然后加入80ml蒸馏水，再加入Fe (NO3) 3 · 9H20,通过磁力搅拌，使原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；
(2)接着按照酒石酸与总金属离子的摩尔比为I.5:1加入分析纯的酒石酸颗粒(购自国药集团化学试剂公司)，在120°C继续磁力搅拌O. 5小时，使酒石酸完全溶解，并混合均匀。然后将温度提高到150°C，继续磁力搅拌，直到溶液成为粘稠状。此时停止搅拌，并在180°C时烘干，获得前驱物；
(3)然后将上述前驱物置于烘箱中，在450°C预烧3 h，以去除其中的有机物。再将获得的粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，在700°C烧结lh，即得到Bi2Fe4O9纳米粉体。其颗粒粒径约为 100-200nm。
实施例3
一种湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，包括以下步骤
(1)将Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩尔比为2:1配料并称重；先用浓度为40%的稀硝酸将Bi2O3粉末溶解，然后加入IOOml蒸馏水，再加入Fe (NO3) 3 ·9Η20，通过磁力搅拌，使原料完全溶解，成为均匀的混合溶液；
(2)接着按照酒石酸与总金属离子的摩尔比为2:1加入分析纯的酒石酸颗粒(购自国药集团化学试剂公司)，在100°C继续磁力搅拌40分钟，使酒石酸完全溶解，并混合均匀。然后将温度提高到150°C，继续磁力搅拌，直到溶液成为粘稠状。此时停止搅拌，并在150°C时烘干，获得前驱物；
(3)然后将上述前驱物置于烘箱中，在350°C预烧2h，以去除其中的有机物。再将获得的粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，在900°C烧结2h，即得到Bi2Fe4O9纳米粉体。其颗粒粒径约为 200-400nm。
权利要求
1.一种湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于包括以下步骤(O原料的配制将Bi2O3加入反应容器中，加入稀硝酸使Bi2O3完全溶解，然后加入蒸馏水，蒸馏水的用量以使反应体系易于进行为基准；按照摩尔比Fe:Bi=2:l的比例称取 Fe (NO3)3 · 9H20，并加入上述溶液中，搅拌混匀；(2)湿化学法合成在步骤(I)的混合溶液中加入酒石酸颗粒，在90-120°C持续搅拌O.5 I小时，使酒石酸完全溶解，并混合均匀；然后将温度提高到120-150°C，继续搅拌，直到溶液成为粘稠状，停止搅拌，在150-200°C时烘干，即可获得反应前驱物粉末；(3)烧结成相将获得的前驱物粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，烧结，得到不同颗粒尺寸的Bi2Fe4O9纳米粉体。
2.根据权利要求I所述的湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于在步骤(3) 之前将前驱物置于烘箱中，在350-450°C时预烧2-4h。
3.根据权利要求I所述的湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于在步骤(3) 所述的烧结温度为700-900°C，烧结时间为l_2h。
4.根据权利要求I所述的湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于在步骤(I) 稀硝酸的浓度为20-40% ;加入的蒸馏水为50-100ml。
5.根据权利要求I所述的湿化学制备Bi2Fe4O9纳米粉体的方法，其特征在于在步骤(2) 酒石酸与反应体系中总金属离子的摩尔比为1:1-2: I。
全文摘要
本发明公开了一种制备Bi2Fe4O9纳米粉体的湿化学方法。步骤是先将Bi2O3溶于稀硝酸中并加入适量蒸馏水，然后按摩尔比加入Fe(NO3)3·9H2O，搅拌均匀；在所得溶液中按比例加入酒石酸，然后在90-120℃的温度下继续磁力搅拌，当溶液变得很粘稠时，停止搅拌，在150-200℃时烘干；然后将反应物置于烘箱中，在350-450℃预烧，以去除其中的有机物；之后将获得的粉末研磨，转移至氧化铝坩埚中，在不同的温度烧结1-2h，即得到不同颗粒尺寸的Bi2Fe4O9纳米粉体。该Bi2Fe4O9纳米粉体可用作气敏材料或烧结成型后制备Bi2Fe4O9陶瓷。
文档编号C01G49/00GK102583571SQ20121005014
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者仲坤, 徐林华, 缪菊红, 苏静, 陈玉林 申请人:南京信息工程大学