本发明涉及无机三元bi2ti2o7化合物纳米材料制备和高效的光催化剂研发领域，具体涉及一种静电纺丝法生长bi2ti2o7纳米线的制备方法。
背景技术：
bi2ti2o7三元化合物为立方焦绿石结构，属于fd-3m(227)空间点群，晶格常数为a=10.2331埃。bi-ti-o三元化合物包括比如bi4ti3o12,bi2ti4o11,bi12tio20,bi8tio14等化合物。henderson等曾报道了带隙较窄，在可见光有吸收，具有可见光催化活性（hendersosj,shebanovao,hectoral,etal.,structuralvariationsinpyrochlore-structuredbi2hf2o7,bi2ti2o7andbi2hf2-xtixo7solidsolutionsasafunctionofcompositionandtemperaturebyneutronandx-raydiffractionandramanspectroscopy[j]，chem.mater.,2007,19(7):1712-1722）；此外，它还能用作绝缘栅场效应管的栅极材料以提高绝缘栅场效应管的跨导，降低开启电压，提高耐击穿特性，减少器件尺寸，降低成本等（肖卓炳，吴显明，王少伟，等．薄膜制备及绝缘栅场效应管研制［j］．功能材料与器件学报，2001，7(2):171-174）；此外，它还可以被用作pzt铁电薄膜的缓冲层，起到改善薄膜电学性质的作用（wangsw，wangh，shangsx，etal．pztthinfilmspre-paredbychemicalsolutiondecompositionusingabi2ti2o7bufferlayer［j］．j.crystalgrowth，2000，217(11):388-392）。由此可见bi2ti2o7三元化合物不仅具有学术价值，而且也具有实用价值。为此，制备和研究三元化合物bi2ti2o7纳米材料显得非常重要。发明专利cn201510393909.2报道了，将bi(no3)3与乙酸酐完全溶解得到溶液1，再将钛酸四丁酯溶于乙二醇再加入冰乙酸得到溶液2，再将溶液1与溶液2混合，放入烘箱干燥，然后煅烧、保温、冷却从而得到纳米bi2ti2o7粉体。发明专利cn201310453437.6报道了水热法合成钛酸铋纳米针的方法，但是所获得的钛酸铋由立方bi2ti2o7和bi12tio20晶相构成。bi2ti2o7一维纳米线由于大的比表面积和特殊的一维结构，既满足光催化所需要的大比表面积，也满足光生电子空穴对沿着一维方向传输，避免了光生载流子的复合，有利于获得更出色的光催化性能。为此，研究获得一维bi2ti2o7纳米线的工艺显得特别重要。制备bi2ti2o7纳米材料的技术难点在于，对于它的化学组成的精确控制，获得具有理论化学计量比的三元化合物。铋元素和钛元素在形成化合物的时候，更容易形成三元bitio3(正交相)和bi3ti4o12(单斜相)化合物，导致所形成的产物，往往含有其它的杂相。为了获得bi2ti2o7的一维纳米材料，克服现有技术路线的缺点，本专利旨在精确控制三元bi-ti-o化学元素之间的化学计量比，以获得纯相bi2ti2o7，同时通过静电纺丝的方法获得一维的纳米线前驱物。通过后续的热处理获得纯的立方相，并且光催化活性获得了极大的提高。
技术实现要素：
为了克服上述现有现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种静电纺丝法生长bi2ti2o7纳米线的制备方法，利用dmf为溶剂，并加入适量pvp，通过升温、保温、和降温三个阶段，生长出纯的bi2ti2o7纳米材料。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种静电纺丝法生长bi2ti2o7纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1）按照（1～1.3）：1的摩尔比将硝酸铋和钛酸四丁酯混合分散在10ml乙酸中获得溶液a；
2）在快速搅拌的条件下，迅速将氨水加入到溶液a中，调节溶液的ph值至中性，通过溶液分离获得胶体b；
3）将胶体b放入电热鼓风干燥箱中干燥；
4）将干燥后的胶体b分散在加有适量pvp的dmf溶液中，配成静电纺丝前驱液；
5）在施加电压为10-25kv，流量为25µm/m条件下的高压电源的情况下，将前驱液通过微量流量进动器喷射到收集器上;。
6）待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以2.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料;
7）将获得的结晶性能高的纯相bi2ti2o7纳米材料进行有机染料的光催化降解分析，证实对罗丹明具有特别好的分解降解效果。
所述的步骤2)中的溶液分离方法包括过滤或者离心提纯。
所述的步骤4)中胶体b分散在pvp的摩尔比为2：5。
所述的步骤5）中微量流量进动器的速率为15-70µm/m。
所述的步骤六中对罗丹明光催化降解实验是在模拟太阳光作为光源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明中以dmf为溶剂，采用静电纺丝的方法制备结晶性能高的纯相bi2ti2o7纳米材料。与其它制备纳米材料的方法相比，静电纺丝的方法具有操作容易以及高效的特点，并可以避免由于颗粒分布不均匀而引起的分散、团聚等问题。
进一步地，本发明在配置前驱液时，加入适量pvp，成本很低廉，且无任何对环境有害物质。硝酸铋/pvp摩尔质量比最佳为2：5，这时候在纺丝过程中会有泰勒锥出现。
附图说明
图1是本发明的bi2ti2o7纤维实物图；
图2是本发明所生长出的bi2ti2o7粉体的x射线衍射图；
图3是本发明所获得的bi2ti2o7纳米粉体在不同时间对罗丹明降解后的吸收谱；
图4是本发明在紫外光下使用配比bi:ti:o为2：2：7所生长出的bi2ti2o7纳米材料与未经静电纺丝的bi2ti2o7纳米材料在相同条件下降解罗丹明的光催化活性的对比图；
图5是实例2的x射线衍射图；
图6是实例3的x射线衍射图；
图7是实例4的x射线衍射图；
图8是实例5的x射线衍射图。
具体实施方式
静电纺丝法制备bi2ti2o7纳米材料涉及到以下几个过程。首先，将原料和乙酸放入超声仪器中。然后，通过振荡，使得反应原料充分溶解。在不断振荡过程中，加入钛酸四丁酯，随后加入氨水，即可获得溶液a。将溶液a进行离心，便可得到胶体b。干燥后的胶体b分散在加有适量pvp的dmf溶液中，配成静电纺丝前驱液。在施加高压电源的情况下，将前驱液通过微量流量进动器喷射到收集器上。待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线进行退火处理，获得结晶性能高的纯相bi2ti2o7纳米材料。
本发明具体包括以下步骤：
一种静电纺丝法生长bi2ti2o7纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1）按照（1～1.3）：1的摩尔比将硝酸铋和钛酸四丁酯混合分散在10ml乙酸中获得溶液a；
2）在快速搅拌的条件下，迅速将氨水加入到溶液a中，调节溶液的ph值至中性，通过溶液分离获得胶体b；
3）将胶体b放入电热鼓风干燥箱中干燥；
4）将干燥后的胶体b分散在加有适量pvp的dmf溶液中，配成静电纺丝前驱液；
5）在施加电压为10-25kv，流量为25µm/m条件下的高压电源的情况下，将前驱液通过微量流量进动器喷射到收集器上;。
6）待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以2.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料;
7）将获得的结晶性能高的纯相bi2ti2o7纳米材料进行有机染料的光催化降解分析，证实对罗丹明具有特别好的分解降解效果。
本发明中所产生过的溶液酸碱度呈中性，不涉及任何后续废水处理的问题，对环境没有任何危害，是一种简单而绿色的合成工艺。
实施例1
将硝酸铋、钛酸四丁酯按照1:1.2的摩尔比共同溶解在10毫升乙酸中，通过超声处理形成透明的溶液；调节水浴的温度为10℃，将氨水慢慢加入到透明的溶液中，溶液中产生乳白色产物，继续添加氨水直到整个体系的酸碱度为中性，完成反应。通过溶液分离获得bi2ti2o7胶体。然后称取bi2ti2o70.61g分散在10ml乙醇溶液中，随后加入0.39g的pvp，经磁力搅拌后获得静电纺丝前驱液，在控制电压为15kv，流量为25µm/m的条件下，在收集器上出现大量纳米线，待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以2.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料。
如图2所示，所获得的粉体使用x射线衍射仪在10-80度之间进行扫描，粉末样品显示出多晶衍射特点，所有的衍射峰和bi2ti2o7标准卡片(pdf#97-016-1101)完全吻合，没有任何杂峰出现，证明所获得的粉体为bi2ti2o7纯相。其中2θ角度在29.91°是最强峰，对应bi2ti2o7标准卡片的(222)晶面。
实施例2
将硝酸铋、钛酸四丁酯按照1:1.1的摩尔比共同溶解在10毫升乙酸中，经超声处理形成透明的溶液；将氨水慢慢加入到透明的溶液中，溶液中产生乳白色产物，继续添加氨水直到整个体系的酸碱度为中性，完成反应。通过溶液分离获得bi2ti2o7胶体。然后称取bi2ti2o70.49g分散在10ml乙醇溶液中，随后加入0.50的pvp，经磁力搅拌后获得静电纺丝前驱液，在控制电压为15kv，流量为25µm/m的条件下，在收集器上出现大量纳米线，待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以2.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料。
其x射线衍射图如图5所示：
实施例3
将硝酸铋、钛酸四丁酯按照1:1.3的摩尔比共同溶解在10毫升乙酸中，经超声处理形成透明的溶液；将氨水慢慢加入到透明的溶液中，溶液中产生乳白色产物，继续添加氨水直到整个体系的酸碱度为中性，完成反应。通过溶液分离获得bi2ti2o7胶体。然后称取bi2ti2o70.32g分散在10ml乙醇溶液中，随后加入1.82g的pvp，经磁力搅拌后获得静电纺丝前驱液，在控制电压为19.67kv，流量为70µm/m的条件下，在收集器上出现大量纳米线，待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以2.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料。
其x射线衍射图如图6所示：
实施例4
将硝酸铋、钛酸四丁酯按照1:1.15的摩尔比共同溶解在10毫升乙酸中，经超声处理形成透明的溶液；将氨水慢慢加入到透明的溶液中，溶液中产生乳白色产物，继续添加氨水直到整个体系的酸碱度为中性，完成反应。通过溶液分离获得bi2ti2o7胶体。然后称取bi2ti2o71.00g分散在10ml乙醇溶液中，随后加入0.33g的pvp，经磁力搅拌后获得静电纺丝前驱液，在控制电压为15.00kv，流量为15µm/m的条件下，在收集器上出现大量纳米线，待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线转移到马弗炉中并以0.5℃/min的速率升到500℃保温1小时，即可获得结晶性能高、光催化性能好的纯相bi2ti2o7纳米材料。
其x射线衍射图如图7所示：
实施例5
将硝酸铋、钛酸四丁酯按照1:1.25的摩尔比共同溶解在10毫升乙酸中，经超声处理形成透明的溶液；将氨水慢慢加入到透明的溶液中，溶液中产生乳白色产物，继续添加氨水直到整个体系的酸碱度为中性，完成反应。通过溶液分离获得bi2ti2o7胶体。然后称取bi2ti2o71.00g分散在10ml乙醇溶液中，随后加入0.33g的pvp，经磁力搅拌后获得静电纺丝前驱液，在控制电压为15.00kv，流量为15µm/m的条件下，在收集器上出现大量纳米线，待静电纺丝结束后，将收集器上的纳米线在n2的气氛下，缓慢加热到500℃，即可获得结晶性能高、光催化性能好的bi2ti2o7纳米材料。其x射线衍射图如图8所示。