本发明涉及一种bi2o3纳米片材料的制备方法及其应用，属于新型功能材料领域。
背景技术：
目前，纳米材料的制备方法主要有液相法、固相法和气相法。而固相制备法，特别是机械化学法，因其操作简单、成本低、产量高、易产业化的特点，被广泛关注。marijaprekajski等[materialsletters64(2010)2247-2250]以硝酸铋和氢氧化钠为原料，采用机械球磨法制备出纳米级的α-bi2o3材料。yejiang等[hydrometallurgyofchina32(2013)263-265]利用氧化铋、碳酸氢铵为原料，机械球磨制备出次碳酸铋材料。jiyongxia等[journalofcentralsouthuniversity46(2015)404-409]以氧化铋和硝酸为原料，采用液相球磨转化法制备出次硝酸铋材料。发明专利[公开号cn101439874a]提供一种“高纯超细氧化铋的生产方法”，该发明将三价的铋盐、分散剂、碳酸氢铵和少量溶剂一起进行球磨及热处理制备出氧化铋材料。
本发明以五价铋源、还原剂、助剂为原料，将高能球磨的机械力同步作用于氧化还原反应制备出bi2o3纳米片材料，本发明具有工艺过程简单易控、易于工业化生产、生产过程环境友好，产品纯度高、纳米片厚度易于控制等优势。所制备的bi2o3纳米片材料包括但不限于在超级电容器、碱性二次电池、锂离子电池、光催化剂、医药中间体等领域的广泛应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种bi2o3纳米片材料的制备方法及其应用。所制备的bi2o3纳米片材料的比表面积为2～200m2/g、纳米片厚度范围为2～20nm。
本发明通过以下技术方案实现：
一种bi2o3纳米片材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铋酸盐、还原剂、助剂按1:(0.25～2):(0.001～0.3)的摩尔比(物质的量之比)混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)所得原料混合物与磨球按1:(0.5～100)的质量比放入球磨机中，在保护气氛下球磨0.2～20h；
(3)将步骤(2)得到的球磨混合物置于高温炉中在200～600℃下热处理0.5～10h，再将热处理后的混合物经过洗涤除杂，然后进行固液分离、干燥，即得bi2o3纳米片材料。
进一步地，所述的铋酸盐为铋酸钠、铋酸锂、铋酸钾、铋酸钙、铋酸钡、铋酸锶、铋酸镁中的一种或两种以上。
进一步地，所述的还原剂为金属铋粉、碳粉、亚硫酸盐、甲醛(或多聚甲醛)、甲酸、还原糖、苯酚中的一种或两种以上。
进一步地，所述的助剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、非离子型表面活性剂、糖类物质、可溶性淀粉中的一种或两种以上。
进一步地，所述的球磨机是指市场上应用的各种机型；所述的磨球为玛瑙球、刚玉球、氧化锆球、瓷球、不锈钢球中的一种或两种以上。
进一步地，所述的保护气氛为氮气、氩气、二氧化碳、空气中的一种或两种以上。
进一步地，球磨机的转速为30～3000rpm。
上述制备方法所得到的bi2o3纳米片材料在超级电容器、碱性二次电池、锂离子电池、燃料电池、光催化剂或医药等领域中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明方法制备工艺简单、易于工业化生产、生产过程环境友好，产品纯度高、纳米片厚度易于控制。
(2)本发明所制备的bi2o3纳米片材料的应用广泛，能够应用的领域包括但不限于在超级电容器、碱性二次电池、锂离子电池、光催化剂、珠光颜料、医药中间体等领域。
附图说明
图1为实施例1中所制备的bi2o3纳米片材料的扫描电子显微镜图。
图2为实施例2中所制备的bi2o3纳米片材料的扫描电子显微镜图。
图3为实施例3所制备的bi2o3纳米片材料的x射线衍射图。
图4为实施例4所制备的bi2o3纳米片材料的氮气等温吸脱附曲线。
图5为实施例4所制备的bi2o3纳米片材料在二次碱性电池中的充放电测试图。
具体实施方式
下面以具体实施例进一步说明本发明，但本发明并不局限于实施例。
实施例1
(1)将2mmol铋酸钠、1mmol铋粉、0.02mmol聚乙烯吡咯烷酮混合均匀得到原料混合物；将原料混合物和磨球按1:100的质量比加到球磨机中，通入氮气，在转速为1000rpm条件下进行球磨4h；将球磨后的产物置于马弗炉中，在350℃的温度下热处理4h，将热处理产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤及固液分离，将固体产物在110℃下干燥12h制备出bi2o3材料。
(2)采用jeoljem-3010型扫描电子显微镜对实施例1所制备的bi2o3材料进行测试，如图1所示，该bi2o3材料由厚度为2～4nm、平面尺寸为400nm左右的纳米片组成。
实施例2
(1)将2mmol铋酸钾、0.5mmol碳粉、0.05mmol十六烷基三甲基溴化铵混合均匀得到原料混合物；在空气环境下将原料混合物和磨球按1:50的质量比加到球磨机中，在转速为800rpm条件下进行球磨6h；将球磨后的产物置于马弗炉中，在400℃的温度下热处理6h，将热处理产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤及固液分离，将固体产物在110℃下干燥12h制备出bi2o3材料。
(2)采用jeoljem-3010型扫描电子显微镜对实施例2所制备的bi2o3材料进行测试，如图2所示，该bi2o3材料由厚度为2～6nm、平面尺寸为300～500nm的纳米片组成。
实施例3
(1)将4mmol铋酸锂、2mmol多聚甲醛、0.4mmol十二烷基苯磺酸钠混合均匀得到原料混合物；将原料混合物和磨球按1:80的质量比加到球磨机中，通入氩气，在转速为1500rpm条件下进行球磨2h；将球磨后的产物置于马弗炉中，在450℃的温度下热处理3h，将热处理产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤及固液分离，将固体产物在100℃下真空干燥12h制备出bi2o3纳米片材料。
(2)采用xrd-6000型x-射线衍射仪对实施例3所制备的bi2o3纳米片材料进行测试，如图3所示，样品在2θ＝17.3°、27.5°、30.1°、32.6°、41.2°、44.9°、51.9°、53.5°等位置均有较明显的特征峰，这与立方结构的γ-bi2o3晶体的标准卡片(jcpdsno.45-1344)一致，其所对应的晶面分别为(220)、(310)、(222)、(321)、(332)、(431)、(433)、(442)、(532)。
实施例4
(1)将2mmol铋酸钠、2mmol亚硫酸钠、0.02mmol可溶性淀粉混合均匀得到原料混合物；在空气环境下将原料混合物和磨球按1:50的质量比加到球磨机中，在转速为600rpm条件下进行球磨15h；将球磨后的产物置于马弗炉中，在温度为400℃的条件下进行热处理4h，将热处理产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤及固液分离，将固体产物在110℃下真空干燥10h制备出bi2o3纳米片材料。
(2)采用tristarii3020型比表面积仪对实施例4所制备的bi2o3纳米片材料进行测试。由图4可见，该bi2o3纳米片材料的比表面积为3.566m2/g。
(3)将所制备的bi2o3纳米片材料以及所购买的氢氧化镍正极材料制作成电极片，采用6mol/lkoh溶液为电解液组装成碱性二次电池，采用上海辰华公司生产的chi660a电化学工作站，对所构造的电池在室温下进行恒流充放电测试。由图5所示，电池在1a/g的电流密度下比容量为333mah/g，在电流密度为2、3、5a/g时的比容量分别为324、309和305mah/g。