單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法
【專利摘要】一種單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法，屬于金屬納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟，將含有鉍的氯化鹽中的鉍元素均勻沉積在多孔氧化鋁模板的孔道中得到單質(zhì)金屬鉍納米線陣列。將沉積滿單質(zhì)金屬鉍納米線的多孔氧化鋁模板使用導(dǎo)電銀漿將其與導(dǎo)線相連制作成為電極。再串聯(lián)接入實(shí)驗(yàn)電路中，設(shè)置直流電壓大小為40V，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為60min，重復(fù)此實(shí)驗(yàn)過(guò)程2～3次。選擇測(cè)量后的樣品橫截面進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀測(cè)，即可發(fā)現(xiàn)隨著重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，得到單質(zhì)金屬鉍納米線會(huì)出現(xiàn)顆粒細(xì)化的現(xiàn)象。本發(fā)明方法的制備工藝簡(jiǎn)單，并且原料易于獲取，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的電壓大小、時(shí)間可控，而且，制備的材料在熱電和潤(rùn)滑油添加劑等方面有著廣泛的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種單質(zhì)金屬祕(mì)納米顆粒制備方法，屬于金屬納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬納米材料不僅具有著金屬本身和納米材料的特性，同時(shí)也擁有著相當(dāng)優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，因此，金屬納米材料逐漸成為了材料科學(xué)界研究的中心。而金屬納米材料中的金屬納米顆粒的表面原子與總原子數(shù)之比隨著粒徑的減小而增大，顯示出強(qiáng)烈的體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。金屬納米顆粒已經(jīng)廣泛應(yīng)用于催化、光催化、信息存儲(chǔ)、表面增強(qiáng)拉曼、太陽(yáng)能電池和光電子學(xué)等領(lǐng)域。因此，對(duì)金屬納米顆粒的制備是大家關(guān)注的重點(diǎn)。
[0003]鉍是一種具有間接帶隙能的半金屬材料，有著獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)。因?yàn)殂G的費(fèi)米面高度各向異性，以及導(dǎo)帶和價(jià)帶能量的少許交疊，使得價(jià)帶和導(dǎo)帶中各自產(chǎn)生空穴和電子兩種載流子，所述兩種載流子濃度不大，有效質(zhì)量很小，平均自由程很長(zhǎng)，迀移率高。常規(guī)制備金屬納米顆粒的方法有水熱法、水溶液還原法和沉淀轉(zhuǎn)化法等。水熱法可以直接得到分散且結(jié)晶良好的粉體，不需要做高溫灼燒處理，避免了可能行程的粉體硬團(tuán)聚。水溶液還原法獲得的粒子分散性好，顆粒形狀基本呈球形，過(guò)程也可以控制。沉淀轉(zhuǎn)化法工藝流程短，操作簡(jiǎn)便，但是制備的化合物僅限于少數(shù)金屬氧化物和氫氧化物。本專利將介紹了一種簡(jiǎn)單快捷的制備單質(zhì)金屬納米顆粒的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單的方法制備單質(zhì)金屬鉍納米顆粒。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:首先以多孔氧化鋁模板為載體，沉積滿單質(zhì)金屬鉍納米線陣列，將其與導(dǎo)線通過(guò)導(dǎo)電銀漿相連接入直流電路中，增加樣品在熔化再結(jié)晶過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)次數(shù)即可得到單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的現(xiàn)象。
[0006]—種單質(zhì)金屬祕(mì)納米顆粒的制備方法，其特征在于步驟如下:
[0007](I)單質(zhì)金屬鉍納米線陣列制備:
[0008]將多孔氧化鋁模板放置含有鉍的氯化鹽的水溶液中作為陰極材料，石墨電極作為陽(yáng)極材料，使用直流電化學(xué)沉積的方法制備，恒溫0°C反應(yīng)8h，直流電壓大小為1.3-1.5V，得到沉積有單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔氧化鋁模板；
[0009](2)在外加電場(chǎng)條件下多次熔化再結(jié)晶形成單質(zhì)金屬鉍納米顆粒:
[0010]將沉積有單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔氧化鋁模板使用導(dǎo)電銀漿與導(dǎo)線相連，并且接入實(shí)驗(yàn)電路中，在室溫的環(huán)境下，直流電壓為40V的條件下，持續(xù)熔化60min，待再結(jié)晶完成后，相同的條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作2?3次，將含有單質(zhì)鉍金屬納米線陣列的多孔氧化鋁模板選擇其橫截面進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀測(cè)，即可發(fā)現(xiàn)得到的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒。
[0011]進(jìn)一步的，所述鉍的氯化鹽水溶液是將二水合三氯化鉍、酒石酸、檸檬酸、檸檬酸三鈉、甘油和氯化鈉溶于蒸餾水中，攪拌形成透明的溶液制成，其中分別取二水合三氯化鉍摩爾濃度為0.04M、取酒石酸摩爾濃度為0.1M、取檸檬酸摩爾濃度為0.2M、取檸檬酸三鈉摩爾濃度為0.1M、取甘油摩爾濃度為0.88M和氯化鈉摩爾濃度為1.2M。
[0012]進(jìn)一步的，所述祕(mì)的氯化鹽水溶液用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，使溶液的pH值為I。
[0013]隨著重復(fù)熔化再結(jié)晶操作次數(shù)的增加，得到的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒出現(xiàn)的現(xiàn)象越來(lái)越明顯。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法的原料易于獲取，制備工藝簡(jiǎn)單，電壓大小及反應(yīng)溫度、時(shí)間可控，制備的納米顆粒易于發(fā)現(xiàn)觀測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為在多孔氧化鋁模板孔洞中制備獲得的單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的X射線衍射(XRD)圖。
[0016]圖2為在直流電壓40V條件下，樣品分別測(cè)量三次的電阻隨時(shí)間變化的曲線圖。
[0017]圖3為第一次熔化再結(jié)晶后單質(zhì)金屬鉍納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0018]圖4為第二次熔化再結(jié)晶后單質(zhì)金屬鉍納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0019]圖5為第三次熔化再結(jié)晶后單質(zhì)金屬鉍納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021 ] 首先用電子天平稱量取3.525g二水合氯化鉍，3.75g酒石酸，10.25g檸檬酸三鈉，7.35g檸檬酸，20.25g甘油和18g氯化鈉待用，用量筒量取250ml去離子水倒入有磁子的燒杯中，并放置在磁力攪拌器上攪拌，然后按照酒石酸、檸檬酸、檸檬酸三鈉、甘油和氯化鈉的先后順序依次倒入燒杯中攪拌至完全溶解，用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值，使溶液的pH值調(diào)為I。
[0022]將石墨電極作為陽(yáng)極材料，多孔氧化鋁模板作為陰極材料，所制備得到的含有鉍的氯化鹽溶液作為電解液，在O°C的恒溫條件下，1.3-1.5V的直流電壓下，長(zhǎng)時(shí)間沉積，時(shí)間約為8h，得到多孔氧化鋁模板中填充滿了單質(zhì)金屬鉍納米線陣列。沉積有單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)卡片Bi(JCPDS Card N0.44-1246)的X射線衍射(XRD)圖如附圖1所示。
[0023]將沉積滿單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔氧化鋁模板兩側(cè)滴加導(dǎo)電銀漿液滴，并且與導(dǎo)線相連接，待導(dǎo)電銀漿完全將導(dǎo)線與多孔陽(yáng)極氧化鋁模板固定后，連入實(shí)驗(yàn)電路中。
[0024]在直流電壓40V的條件下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)60min，間隔一段時(shí)間待樣品冷卻后，對(duì)樣品進(jìn)行第二次和第三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件與上次實(shí)驗(yàn)條件完全相同。圖2為直流電壓40V條件下，樣品分別測(cè)量三次的電阻隨時(shí)間的變化曲線圖，可以看到電阻隨著時(shí)間的增加呈上升的趨勢(shì)，最后都達(dá)到了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，循環(huán)次數(shù)越多越容易達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0025]將每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的多孔氧化鋁模板樣品選擇橫截面進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀測(cè)，圖3為制備的單質(zhì)金屬鉍納米線第一次熔化再結(jié)晶后的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，可以發(fā)現(xiàn)沉積在多孔氧化鋁模板孔道中的單質(zhì)鉍金屬納米線出現(xiàn)了少量的斷裂現(xiàn)象。圖4為制備的單質(zhì)金屬鉍納米線第二次熔化再結(jié)晶后的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，可以發(fā)現(xiàn)沉積在多孔氧化鋁模板孔道中的單質(zhì)鉍金屬納米線斷裂為短小的納米短棒。圖5為制備的單質(zhì)金屬鉍納米線第三次熔化再結(jié)晶后的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，可以發(fā)現(xiàn)沉積在多孔氧化鋁模板孔道中的單質(zhì)鉍金屬納米線最終斷裂為細(xì)小的單質(zhì)鉍納米顆粒。由附圖3到附圖5可知，隨著重復(fù)熔化再結(jié)晶次數(shù)的增加，得到的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒出現(xiàn)的現(xiàn)象越來(lái)越明顯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單質(zhì)金屬祕(mì)納米顆粒的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)單質(zhì)金屬祕(mì)納米線陣列制備: 將多孔氧化鋁模板放置入含有鉍的氯化鹽的水溶液中作為陰極材料，石墨電極作為陽(yáng)極材料，使用直流電化學(xué)沉積的方法制備，恒溫0°C反應(yīng)8h，直流電壓大小為1.3-1.5V，得到沉積有單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔氧化鋁模板； (2)電場(chǎng)條件下多次熔化再結(jié)晶形成單質(zhì)金屬鉍納米顆粒: 將沉積有單質(zhì)金屬鉍納米線陣列的多孔氧化鋁模板使用導(dǎo)電銀漿與導(dǎo)線相連，并且接入實(shí)驗(yàn)電路中，在室溫的環(huán)境下，直流電壓為40V的條件下，持續(xù)加熱60min，待熔化再結(jié)晶完成后，相同的條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作2?3次，將含有單質(zhì)鉍金屬納米線陣列的多孔氧化鋁模板選擇其橫截面進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀測(cè)，即可發(fā)現(xiàn)得到的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述鉍的氯化鹽水溶液是將二水合三氯化鉍、酒石酸、檸檬酸、檸檬酸三鈉、甘油和氯化鈉溶于蒸餾水中，攪拌形成透明的溶液制成，其中分別取二水合三氯化鉍摩爾濃度為0.04M、取酒石酸摩爾濃度為0.1M、取檸檬酸摩爾濃度為0.2M、取檸檬酸鈉摩爾濃度為0.1M、取甘油摩爾濃度為0.88M和氯化鈉摩爾濃度為1.2M。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述鉍的氯化鹽水溶液用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，使溶液的pH值為I。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒的制備方法，其特征在于:步驟(2)中隨著重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作次數(shù)的增加，得到的單質(zhì)金屬鉍納米顆粒出現(xiàn)的現(xiàn)象越來(lái)越明顯。
【文檔編號(hào)】C25C1/22GK105908214SQ201610409789
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王學(xué)偉, 徐冉, 馬士精, 何朝成, 康耀仁, 袁志好
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)