一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征在于：以硝酸鉍為鉍源，溶于乙酸水溶液形成含鉍電沉積液；以導(dǎo)電玻璃為薄膜沉積基底，在上述電沉積液中利用電化學(xué)方法，于-0.04～-0.64V電位區(qū)間內(nèi)，10～100mV/s的掃速下，沉積30～7200s，制備納米鉍薄膜；將上述薄膜置于馬弗爐，在200～600℃空氣氣氛下，氧化1～4小時，即可制得納米鉍氧化物薄膜。本發(fā)明方法設(shè)備簡單，操作簡便，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，所制薄膜均勻、厚度可控。
【專利說明】一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為納米鉍氧化物薄膜的制備方法。涉及一種包含電沉積和高溫氧化工藝過程制備鉍氧化物薄膜的方法，采用本發(fā)明制得的納米鉍氧化物薄膜在光電催化領(lǐng)域具有潛在的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]納米薄膜光催化材料因為具有較好的光催化活性以及光電轉(zhuǎn)換性能，從而備受光電材料領(lǐng)域的重視。鉍的氧化物作為一類重要的功能材料，已被廣泛用于半導(dǎo)體陶瓷、高溫超導(dǎo)、鐵電材料、光電催化劑等領(lǐng)域中。目前鉍納米氧化物的生產(chǎn)大都集中在粉體氧化物的制備上。隨著人類社會對能源需求的不斷增長，特別是對清潔能源使用的需求，制備具有高效光催化和光電轉(zhuǎn)換性能且厚度均一的納米鉍氧化物薄膜，開始不斷受到人們的關(guān)注。
[0003]鉍氧化物的晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，常見的有α、β、δ、Y等晶體結(jié)構(gòu)，因此制備具有單一晶體結(jié)構(gòu)的鉍氧化物薄膜是目前工業(yè)生產(chǎn)中的一個難點(diǎn)。目前的鉍氧化物薄膜的制備方法主要是涂覆法、磁控派射法(Li Chui zhi, zhang Jun ying, Liu kejia, A new method of Enhancing photoelectrochemical Characteristics of Bi/Bi2O3Electrode for Hydrogen Generation via water splitting，Int.J.Electrochem.SC1., 7 (2012)5028-5034;Chuan Fei Guo, Sihai Cao, Jianming Zhang, TopotacticTransformations of Superstructures:From Thin Films to Two-Dimensional Networksto Nested Two-Dimensional Networks，J.Am.Chem.Soc.，133 (2011) 8211 - 8215)?涂覆法制備的鉍氧化物薄膜電極因存在均勻性差、薄膜與基底間接觸電阻大等缺陷而光電性能不好。磁控濺射法可以制備具有良好均一性的鉍氧化物薄膜，并能實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的精確控制，其缺點(diǎn)是不易大規(guī)模生產(chǎn)，且設(shè)備相對昂貴，成本較高。因此，研發(fā)新的鉍氧化物薄膜制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)薄膜厚度和均勻性可控的大規(guī)模生產(chǎn)，對開發(fā)鉍氧化物薄膜在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于電沉積和高溫氧化過程，提供一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的內(nèi)容是:一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是包括下列步驟:a)電沉積液的配置:電沉積液為含硝酸鉍和乙酸的水溶液。其中硝酸鉍濃度為1-1Ommol/L，乙酸的體積百分含量為2-5%。溶液配制過程為:先將硝酸鉍溶于乙酸，然后加去離子水稀釋至一定濃度，即可制得電沉積液。b)鉍薄膜的電沉積:將電沉積液注入電解池中，沉積溫度控制在15~35°C之間，以鉬網(wǎng)為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，導(dǎo)電玻璃為工作電極，在-0.04~-0.64V (相對于飽和甘汞電極)的電位窗口內(nèi)，于10~100mV/s的掃速下，沉積30~7200s，即可獲得納米鉍薄膜。c)納米鉍氧化物薄膜的制備:將沉積獲得的納米鉍薄膜置于馬弗爐中，在200~600°C空氣氣氛下，氧化I~4小時，即可制得納米鉍氧化物薄膜。
[0006]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述鉬網(wǎng)與導(dǎo)電玻璃正對，間距2_5cm。
[0007]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述電沉積時,導(dǎo)電玻璃電極的電位在-0.04~-0.64V內(nèi)變化，且變化規(guī)律為從-0.04V逐漸減小至-0.64V，然后又-0.64V又逐漸變至-0.04V,不斷循環(huán)
直至沉積完成。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述硝酸鉍可替換1-1Ommol濃度的三氯化鉍。
[0009]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述鉍薄膜氧化用馬弗爐可替換為管式爐。
[0010]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述鉍薄膜氧化氣氛空氣可替換為氧氣。[0011]本發(fā)明的內(nèi)容中:所述鉍薄膜在不同溫度區(qū)間內(nèi)焙燒氧化制得的鉍氧化物具有不同的晶型。265~350°C范圍內(nèi)制得的鉍氧化物薄膜為β晶型Bi2O3薄膜，450°C~520°C溫度范圍內(nèi)為缺氧型Bi2O2.33薄膜，550~650°C范圍內(nèi)為α晶型Bi2O3薄膜。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所涉及鉍氧化物薄膜制備方法的特點(diǎn)是:工藝設(shè)備簡單，制備條件要求較低，操作簡單，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，薄膜均勻、厚度可控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明制備方法制取三種不同晶型鉍氧化物的XRD圖。
[0014]圖2是本發(fā)明制備方法制取的納米鉍薄膜SEM圖
[0015]圖3是本發(fā)明制備方法制取的β型Bi2O3薄膜SEM圖
[0016]圖4是本發(fā)明制備方法制取的缺氧型Bi2O2.33薄膜SEM圖
[0017]圖5是本發(fā)明制備方法制取的α型Bi2O3薄膜SEM圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下具體實(shí)施例的僅是本發(fā)明的三種實(shí)施方式，但本發(fā)明不止局限于以下實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1:稱取Immol硝酸鉍，溶于含20% (V%)乙酸的100mL水溶液中，然后稀釋至1000ml。在上述沉積液中，于-0.04~-0.64V (相對于飽和甘萊電極)電位區(qū)間范圍內(nèi)，10mV/s的掃速下，循環(huán)掃描3600s，即可沉積獲得納米鉍沉積薄膜。沉積好的薄膜用去離子水洗凈，在烘箱中于50°C下烘干備用。將上述納米薄膜置于馬弗爐中于300°C，空氣氣氛中焙燒2h，即可獲得相應(yīng)的鉍氧化物薄膜。薄膜經(jīng)X-射線粉末衍射分析，確定為β型Bi2O3(圖1)。
[0020]實(shí)施例2:稱取Immol硝酸鉍，溶于含20% (V%)乙酸的100mL水溶液中，然后稀釋至1000ml。在上述沉積液中，于-0.04~-0.64V (相對于飽和甘汞電極)電位區(qū)間范圍內(nèi)，10mV/S的掃速下，循環(huán)掃描3600s，即可沉積獲得納米鉍沉積薄膜。沉積好的薄膜用去離子水洗凈，在烘箱中于50°C下烘干備用。將上述納米薄膜置于馬弗爐中于500°C，空氣氣氛中焙燒2h，即可獲得相應(yīng)的鉍氧化物薄膜。薄膜經(jīng)X-射線粉末衍射分析，確定為缺氧型Bi2O2.33 (圖1)。
[0021]實(shí)施例3:稱取Immol硝酸鉍，溶于含20% (V%)乙酸的100mL水溶液中，然后稀釋至1000ml。在上述沉積液中，于-0.04~-0.64V (相對于飽和甘萊電極)電位區(qū)間范圍內(nèi)，10mV/s的掃速下，循環(huán)掃描3600s，即可沉積獲得納米鉍沉積薄膜。沉積好的薄膜用去離子水洗凈，在烘箱中于50°C下烘干備用。將上述納米薄膜置于馬弗爐中于600°C，空氣氣氛中焙燒2h，即可獲得相應(yīng)的鉍氧化物薄 膜。薄膜經(jīng)X-射線粉末衍射分析，確定為α型Bi2O3(圖1)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是包括下列步驟:a)電沉積液的配置:電沉積液為含硝酸鉍和乙酸的水溶液。其中硝酸鉍濃度為1-lOmmol/L，乙酸的體積百分含量為2-5%。溶液配制過程為:先將硝酸鉍溶于乙酸，然后加去離子水稀釋至一定濃度，即可制得電沉積液。b)鉍薄膜的電沉積:將電沉積液注入電解池中，沉積溫度控制在15~35°C之間，以鉬網(wǎng)為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，導(dǎo)電玻璃為工作電極，在-0.04~-0.64V (相對于飽和甘萊電極)的電位窗口內(nèi)，于10~IOOmV/s的掃速下，沉積30~7200s，即可獲得納米鉍薄膜。c納米鉍氧化物薄膜的制備:將沉積獲得的納米鉍薄膜置于馬弗爐中，在200~600°C空氣氣氛下，氧化I~4小時，即可制得納米鉍氧化物薄膜。
2.按權(quán)利要求1所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:所述鉬網(wǎng)與導(dǎo)電玻璃正對，間距2-5cm。
3.按權(quán)利要求1，2，3所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:所述電沉積時，導(dǎo)電玻璃電極的電位在-0.04~-0.64V內(nèi)變化，且變化規(guī)律為從-0.04V逐漸減小至-0.64V,然后又-0.64V又逐漸變至-0.04V,不斷循環(huán)直至沉積完成。
4.按權(quán)利要求1所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:硝酸鉍可替換1-1Ommo濃度的三氯化秘。
5.按權(quán)利要求1，2，3，4所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:所述鉍薄膜氧化用馬弗爐可替換為管式爐。
6.按權(quán)利要求1，2，3，4，5所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:所述鉍薄膜氧化氣氛空氣可替換為氧氣。
7.按權(quán)利要求1，2，3，4，5，6所述的納米鉍氧化物薄膜的制備方法，其特征是:所述鉍薄膜在不同溫度區(qū)間內(nèi)焙燒氧化制得的鉍氧化物具有不同的晶型。265~275°C范圍內(nèi)制得的鉍氧化物薄膜為β晶 型Bi2O3薄膜，在480°C~520°C溫度范圍內(nèi)為缺氧型Bi202.33薄膜，550~600°C范圍內(nèi)為α晶型Bi2O3薄膜。
【文檔編號】C25D3/00GK103898589SQ201410149155
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】周瑩, 張騫, 李偉, 王芳, 趙梓儼, 林元華, 武元鵬 申請人:西南石油大學(xué)