专利名称：一种钨酸铋纳米片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米片及其制备方法，特别是一种钨酸铋纳米片及其制备方法，属于无机纳米材料及合成技术领域。
背景技术：
近年来，环境污染问题日益严重，能源紧缺问题也迫在眉睫。在面临上述两大危机的势态之下，人们展开了污染治理、保护环境的科学研究。以半导体为催化剂，利用太阳光催化氧化降解污染物质作为一种有效的治理污染方法，成为环境保护科学研究的一个热 点。在如上的研究背景下，各国研究工作者开发出了多种半导体纳米材料，如二氧化钛、氧化锌、三氧化钨等，用于污染物的治理及新能源的获取。以二氧化钛为例，虽然纳米二氧化钛具有很高的稳定性、较强的光催化能力，无毒无污染等突出的优点。但是，二氧化钛禁带宽度为3. 2电子伏，这就意味着二氧化钛只能吸收与之匹配的波长小于387纳米的入射光子，光吸收仅仅限于紫外光区，此波段的光能量占照射到地面的太阳光的5%。可见光部分的比例占太阳能的45%，而实际到达地表的太阳辐射能量集中于460 500纳米波长范围。因此如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发能够被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。近年来，更多的研究工作者将研究的重点放在了寻找具有不同晶体形貌的双相金属氧化物上，通过拓展光吸收范围至可见光区，以开发新型光催化剂。最近的许多研究发现，钨酸铋(Bi2WO6)为层状结构，含有钙钛矿型结构片层，具有介电、发光、离了导体、催化等特性，广泛应用于相关领域(Ju ffu, Fang Duan, et al, J. Phys. Chem. C 2007,111,12866-12871)。并且，最为关键的是，钨酸铋具有可见光光催化性能，可用于在可见光下光解水和降解有机污染物。(Dekun Ma, Shaoming Huang, et al, J. Phys. Chem. C 2009,113,4369-4374)李贵生等合成了由鹤酸秘纳米片沿任意方向堆叠而成的微球(Guisheng Li,Dieqing Zhang, et al, Environ. Sc1. Technol. 2010,44,4276-4281),但是，组成该微球的纳米片完全生长在一起，无法分离开来，并且球心处为实体结构。然而，沿同一特定方向堆叠的钨酸铋纳米片未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钨酸铋纳米片及其制备方法。本发明提供一种钨酸铋纳米片，其特征在于钨酸铋纳米片近方形，单片片层厚度为10 100纳米，长和宽为I 20微米；多片钨酸铋纳米片沿同一特定方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。本发明提供一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤(I)将可溶于酸的铋盐加入到浓硝酸中，初步搅拌后加入去离子水进行溶解稀释； 另外将钨酸盐加入到10wt% 28wt%的氨水中搅拌溶解；将溶有铋盐的硝酸溶液滴加到溶有钨酸盐的氨水溶液中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液；(2)然后将悬浮液在高压反应釜中373 473K的温度下进行水热反应处理6 72小时，停止反应后，采用过滤或离心的方法得到将沉淀产物，然后用去离子水洗涤，经干燥后得到钨酸铋纳米片。步骤(I)中所述的可溶于酸的铋盐为无水或带有结晶水的硝酸铋、碳酸氧铋、氯氧化铋、三氯化铋中的一种或其组合。步骤⑴中所述的浓硝酸质量为可溶于酸的铋盐质量的I 5倍。5、根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的去离子水的质量是加入的浓硝酸质量的I 4倍；去离子水的添加量需保证最终悬浮液中氨物质的质量分数在5wt%以上。 步骤(I)中所述的钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾中的一种或其组合。步骤(I)中所述的钨酸盐，钨元素与铋元素的物质的量之比为1:1 2。步骤(I)中所述的溶有铋盐的硝酸溶液与溶有钨酸盐的氨水溶液体积之比为
I 0. 6 10。通过上述制备方法得到的钨酸铋为Bi2WO6型，其晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合。形貌为为方形的纳米片，单片片层厚度在10纳米 100纳米之间，长和宽在I微米 20微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。该产物在污染治理、环境保护、卫生医疗、新能源制备等领域都具有很高的潜在应用价值。
图1: (a)由实施例2制得的钨酸铋纳米片的X射线粉末衍射图谱；(b)由实施例6制得的钨酸铋纳米片的X射线粉末衍射图谱。图2 :由实施例2制得的钨酸铋纳米片的扫描电镜照片。图3 :由实施例2制得的钨酸铋纳米片的扫描电镜照片。图4 :由实施例6制得的钨酸铋纳米片的扫描电镜照片。图5 :由实施例6制得的钨酸铋纳米片的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。实施例11. 8克氯氧化铋加入到3. 5毫升浓硝酸中，初步搅拌后加入12毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将1. 2克一水合钨酸钠加入到60毫升15%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在423K的温度下反应30小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在323K下真空干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约60纳米，长和宽在3 5微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例22. 0克五水合硝酸铋加入到4毫升浓硝酸中，初步搅拌后加入20毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将0. 9克一水合钨酸钠加入到50毫升浓度为25%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在393K的温度下反应24小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在343K下常压干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约50纳米，长和宽在4 7微米之间。多片钨酸 铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例31. 9克三氯化铋加入到3毫升浓硝酸中，初步搅拌后加入15毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将1. 0克一水合钨酸钠加入到55毫升18%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在403K的温度下反应36小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在353K下常压干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约50纳米，长和宽在2 4微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例41. 2克碳酸氧铋加入到3毫升浓硝酸中。初步搅拌后加入8毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将0. 7克一水合钨酸钠加入到62毫升15%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在473K的温度下反应6小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在333K下真空干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约40纳米，长和宽在I 3微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例51. 5克氯氧化铋加入到3毫升浓硝酸中。初步搅拌后加入15毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将1. 5克八水合钨酸钾加入到60毫升20%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在413K的温度下反应72小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在323K下真空干燥，得到钨酸铋纳米片。
所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约80纳米，长和宽在5 10微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例63. O克五水合硝酸铋加入到5毫升浓硝酸中。初步搅拌后加入18毫升去离子水，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将1. 6克一水合钨酸钠加入到52毫升浓度为28%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在453K的温度下反应24小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后在353K下常压干燥，得到钨酸铋纳米片。
所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约100纳米，大部分纳米片的长和宽在I 10微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例7O. 4千克五水合硝酸铋加入到O. 6升浓硝酸中，初步搅拌后将前者加入到3升去离子水中，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将O. 16千克一水合钨酸钠加入到9升12%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入容积为25升的高压反应釜中，在393K的温度下反应24小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后经过喷雾干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约80纳米，大部分纳米片的长和宽在5 10微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。实施例8O. 5千克五水合硝酸铋加入到O. 8升浓硝酸中，初步搅拌后将前者加入到4升去离子水中，搅拌溶解稀释，记为溶液A。另将O. 27千克八水合钨酸钾加入到10升10%的氨水中，搅拌溶解，记为溶液B。溶液A滴加到溶液B中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液，然后将悬浮液放入高压反应釜中，在423K的温度下反应18小时。反应结束后将沉淀产物用去离子水洗涤，然后经过喷雾干燥，得到钨酸铋纳米片。所制得钨酸铋(Bi2WO6)的晶型与标准粉末衍射卡片(JCPDS =73-1126)相吻合，形貌为近似方形的纳米片，单片片层厚度大约100纳米，大部分纳米片的长和宽在2 8微米之间。多片钨酸铋纳米片沿片层的垂直方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆叠体。
权利要求
1.一种钨酸铋纳米片，其特征在于，钨酸铋纳米片近方形，单片片层厚度为10 100纳米，长和宽为I 20微米；多片钨酸铋纳米片沿同一特定方向堆叠在一起，形成一种多层、方形的有序堆置体。
2.根据权利要求书I所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)将可溶于酸的铋盐加入到浓硝酸中，初步搅拌后加入去离子水进行溶解稀释 ’另外将钨酸盐加入到10wt% 28wt%的氨水中搅拌溶解；将溶有铋盐的硝酸溶液滴加到溶有钨酸盐的氨水溶液中，边滴加边搅拌，形成均匀的悬浮液； (2)然后将悬浮液在高压反应釜中373 473K的温度下进行水热反应处理6 72小时，停止反应后，采用过滤或离心的方法得到将沉淀产物，然后用去离子水洗涤，经干燥后得到钨酸铋纳米片。
3.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的可溶于酸的铋盐为无水或带有结晶水的硝酸铋、碳酸氧铋、氯氧化铋、三氯化铋中的一种或其组合。
4.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的浓硝酸质量为可溶于酸的铋盐质量的I 5倍。
5.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的去离子水的质量是加入的浓硝酸质量的I 4倍；去离子水的添加量需保证最终悬浮液中氨物质的质量分数在5wt%以上。
6.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾中的一种或其组合。
7.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的钨酸盐，钨元素与铋元素的物质的量之比为1:1 2。
8.根据权利要求2所述的一种钨酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的溶有铋盐的硝酸溶液与溶有钨酸盐的氨水溶液体积之比为1: O. 6 10。
全文摘要
本发明涉及一种钨酸铋纳米片及其制备方法。该钨酸铋纳米片近似为方形，单片片层厚度为10～100纳米，长和宽为1～20微米；多片钨酸铋纳米片沿同一特定方向堆叠，形成一种多层、方形的有序堆叠体。其具体制备方法如下将可溶于酸的铋盐加入到浓硝酸中，初步搅拌后加入去离子水进行溶解稀释。另外将钨酸盐加入到氨水中搅拌溶解。然后将两者混合，并通过一步水热处理得到钨酸铋纳米片。该制备方法工艺和流程简便，参数可调范围宽，可重复性强，成本低，是一种具备商业前景的制备方法。所制备的钨酸铋纳米片在污染治理、环境保护、新能源制备等领域都有较高的应用价值。
文档编号B82Y40/00GK102992406SQ20111027261
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者赵斌, 金彩虹, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司