一种钨酸铋枝杈晶的制备方法与流程

本发明涉及无机非金属材料制备技术领域，具体是一种钨酸铋枝杈晶的制备方法。

背景技术：

钨酸盐因具有优异的光学、电学、磁学等性质因而在催化材料、激光施主材料、发光材料、磁材料、抗菌材料等方面有较大的应用前景。钨酸铋是钨酸盐中非常重要一种的功能材料，在可见光催化剂、分解水制氢、环境净化和新能源开发等众多领域都具有非常广泛的用途。众所周知，纳米材料的性能取决于纳米晶体的形貌和尺寸等因素，因而制备出具有特殊形貌的钨酸铋纳米晶体，在理论基础研究和实际应用方面都具有非常重要的意义。

纳米器件的日趋微型化和复杂化已经对纳米材料形貌的多元化提出了更高的要求，纳米材料的性能很大程度上依赖于它们的形貌和尺寸，因此制备形貌可控、研发新形貌的纳米粒子仍然是现今科学工作者的研究热点与重点。枝杈晶由于具有非常大的比表面积而呈现出奇特的性能，同时枝杈晶有序的树状结构也为纳米器件的制备和应用创造了非常有利条件。

本发明所制备出钨酸铋枝杈晶，因具有有序的树状结构，具有较大的比表面积，因而在可见光催化剂、分解水制氢、环境净化和新能源开发等领域具有非常好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种形貌可控、工艺简单、易于实现工业化的钨酸铋枝杈晶的制备方法，依据该方法所制备出钨酸铋枝杈晶，具有有序的树状结构和较大的比表面积，在可见光催化剂、分解水制氢、环境净化和新能源开发等领域具有非常好的应用前景。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为0.15～1.2mol/L；

2)将硝酸铋溶于去离子水，形成硝酸铋水溶液，调节溶液中硝酸铋的浓度为0.1～0.8mol/L；

3)将步骤1)制得的碳酸钾水溶液和步骤2)制得的硝酸铋水溶液相混合，得到碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液；

4)将钨酸钠溶于去离子水，形成钨酸钠水溶液；

5)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水，形成十二烷基苯磺酸钠水溶液；

6)将步骤4)制得的钨酸钠水溶液和步骤5)制得的十二烷基苯磺酸钠水溶液相混合，得到钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液，搅拌40-60分钟；

7)将步骤3)制得的碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液与步骤6)制得的钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液相混合，然后将装有混合物的容器放入超声波中进行超声处理；

8)将步骤7)超声处理后的混合物加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％～90％；

9)将步骤8)装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，之后进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸铋枝杈晶。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(3)碳酸钾水溶液和硝酸铋水溶液混合时碳酸钾和硝酸铋的摩尔比为1.5:1。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(4)钨酸钠水溶液中钨酸钠的浓度为0.05～0.4mol/L。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(5)十二烷基苯磺酸钠水溶液中十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为3％。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(6)混合时钨酸钠溶液和十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为1:1。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(7)碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液与钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液相混合时，钨酸钠和碳酸铋的摩尔比为1:2。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(7)超声处理时超声功率为500-1500W，超声时间为40-80分钟。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，步骤(9)水热处理的方法为：在150～200℃下保温12～24小时。

前述的一种钨酸铋枝杈晶的制备方法，其中，所述的钨酸钠、碳酸钾、硝酸铋、十二烷基苯磺酸钠和无水乙醇的纯度均不低于化学纯。

本发明的技术关键点在于：必须先将碳酸钾水溶液和硝酸铋水溶液相混合，制得碳酸铋沉淀作为反应先驱体，必须要将钨酸钠水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液相混合，制备出钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠混合溶液，然后将钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合溶液与碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液先驱体相混合，否则得不到钨酸铋枝杈晶。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，借由上述技术方案，本发明一种钨酸铋枝杈晶的制备方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本发明提供的钨酸铋枝杈晶的制备方法，具有形貌可控、操作简单、成本低廉等优点，易于工业化生产。

(2)本发明的方法制备出了结晶度高、纯度高的钨酸铋枝杈晶，其结晶度大于99％，纯度大于99％，长度约为1-3um，直径约10-50nm，比表面积为88.5m²/g，该钨酸铋枝杈晶具有有序的三维树状结构，较大的比表面积，不仅为纳米器件的制作和应用提供了崭新的思路，而且在可见光催化剂、分解水制氢、环境净化和新能源开发等领域具有非常好的应用前景。

综上所述，本发明一种钨酸铋枝杈晶的制备方法在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明合成的钨酸铋枝杈晶的XRD图谱；

图2是本发明合成的钨酸铋枝杈晶的透射电镜(TEM)照片。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例进一步说明本发明。

实施例1

1)将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为0.3mol/L；

2)将硝酸铋溶于去离子水，形成硝酸铋水溶液，调节溶液中硝酸铋的浓度为0.2mol/L；

3)将步骤1)制得的碳酸钾水溶液和步骤2)制得的硝酸铋水溶液相混合，得到碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液，其中碳酸钾和硝酸铋的摩尔比为1.5:1；

4)将钨酸钠溶于去离子水，形成钨酸钠水溶液，调节溶液中钨酸钠的浓度为0.1mol/L；

5)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水，形成十二烷基苯磺酸钠水溶液，调节溶液中十二烷基苯磺酸钠的浓度为3％；

6)将步骤4)制得的钨酸钠水溶液和步骤5)制得的十二烷基苯磺酸钠水溶液相混合，得到钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠混合溶液，搅拌40分钟，其中钨酸钠溶液和十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为1:1；

7)将步骤3)制得的碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液与步骤6)制得的钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠溶液相混合(其中钨酸钠和碳酸铋的摩尔比为1:2)，然后将装有混合物的容器放入超声波中进行超声处理，超声功率为500W，超声时间为80分钟。

8)将步骤7)进行超声处理后的混合物加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％；

9)将步骤8)装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在150℃下保温24小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸铋枝杈晶。钨酸铋枝杈晶的直径约为10-30nm，长度约为1-2um，其XRD图谱见图1；透射电镜图见图2。

实施例2

1)将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为0.6mol/L；

2)将硝酸铋溶于去离子水，形成硝酸铋水溶液，调节溶液中硝酸铋的浓度为0.4mol/L；

3)将步骤1)制得的碳酸钾水溶液和步骤2)制得的硝酸铋水溶液相混合，得到碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液，其中碳酸钾和硝酸铋的摩尔比为1.5:1；

4)将钨酸钠溶于去离子水，形成钨酸钠水溶液，调节溶液中钨酸钠的浓度为0.2mol/L；

5)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水，形成十二烷基苯磺酸钠水溶液，调节溶液中十二烷基苯磺酸钠的浓度为3％；

6)将步骤4)制得的钨酸钠水溶液和步骤5)制得的十二烷基苯磺酸钠水溶液相混合，得到钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠混合溶液，搅拌50分钟，其中钨酸钠溶液和十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为1:1；

7)将步骤3)制得的碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液与步骤6)制得的钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠溶液相混合(其中钨酸钠和碳酸铋的摩尔比为1:2)，然后将装有混合物的容器放入超声波中进行超声处理，超声功率为1000W，超声时间为60分钟。

8)将步骤7)进行超声处理后的混合物加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80％；

9)将步骤8)装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在180℃下保温20小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸铋枝杈晶。

实施例3

1)将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为0.9mol/L；

2)将硝酸铋溶于去离子水，形成硝酸铋水溶液，调节溶液中硝酸铋的浓度为0.6mol/L；

3)将步骤1)制得的碳酸钾水溶液和步骤2)制得的硝酸铋水溶液相混合，得到碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液，其中碳酸钾和硝酸铋的摩尔比为1.5:1；

4)将钨酸钠溶于去离子水，形成钨酸钠水溶液，调节溶液中钨酸钠的浓度为0.3mol/L；

5)将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水，形成十二烷基苯磺酸钠水溶液，调节溶液中十二烷基苯磺酸钠的浓度为3％；

6)将步骤4)制得的钨酸钠水溶液和步骤5)制得的十二烷基苯磺酸钠水溶液相混合，得到钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠混合溶液，搅拌60分钟，其中钨酸钠溶液和十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为1:1；

7)将步骤3)制得的碳酸铋沉淀和硝酸钾溶液与步骤6)制得的钨酸钠和十二烷基苯磺酸钠溶液相混合(其中钨酸钠和碳酸铋的摩尔比为1:2)，然后将装有混合物的容器放入超声波中进行超声处理，超声功率为1500W，超声时间为40分钟。

8)将步骤7)进行超声处理后的混合物加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的90％；

9)将步骤8)装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保温12小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸铋枝杈晶。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。