[发明专利]一种制备铁酸铋亚微米棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备铁酸铋Bi₂Fe₄O₉亚微米棒的方法，属于无机材料领域。

背景技术

Bi₂Fe₄O₉是铁酸铋多种结构之一，目前关于Bi₂Fe₄O₉物理性能的研究，主要集中在其磁学性能、电学性能和两者之间存在的磁电耦合效应等方面。1978年Shamir等通过中子衍射的手段确定了Bi₂Fe₄O₉常温下是顺磁相，在尼尔温度T_N＝264±3K以下为反铁磁相；温度为80K时Bi₂Fe₄O₉具有磁结构，电子自旋方向平行于c轴，磁距为(4.95士0.08)μB，与自由Fe³⁺的磁距(5μB)接近。2008年Singh等发现在尼尔温度附近Bi₂Fe₄O₉的介电常数和介电损耗随外加磁场的变化而变化。2010年Park等人也观察到Bi₂Fe₄O₉在铁磁相变温度附近的介电行为异常现象，表明Bi₂Fe₄O₉存在磁电耦合效应。同时在化学性能方面，Bi₂Fe₄O₉对乙醇和丙酮蒸气有着很高的灵敏性，因此Bi₂Fe₄O₉被认为是可以广泛应用于制造半导体气敏传感器的新材料。它还可以在将氨气氧化为一氧化氮的反应中起到催化作用，有可能来代替目前大量使用的昂贵且不可回收的铂、铑和钯合金催化剂。

特殊的微观形貌常常表现出优异的物理化学性能，近年来，对不同形貌Bi₂Fe₄O₉显微结构和物理化学性质的研究唤起了材料科学研究者们的极大兴趣。从2004年至今，先后有多个研究小组报道利用水热法、熔盐法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等制备了纳米颗粒、纳米方块、纳米线和亚微米棒等各种形貌。但目前制备Bi₂Fe₄O₉亚微米棒的水热或共沉淀法存在工艺复杂、成本昂贵的缺点，找到一种简单、廉价且能有效控制Bi₂Fe₄O₉显微结构的新方法仍是化工领域面临的一项挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铁酸铋Bi₂Fe₄O₉亚微米棒的方法，该方法分两步进行，第一步：原料发生室温固相反应，得到粒径较小、具有较大比表面积和较高反应活性的反应物；第二步：高温烧结得到铁酸铋Bi₂Fe₄O₉亚微米棒产物。该方法与现有技术相比：具有工艺简单，容易控制，高效，成本低廉，易于放大等优点，通过该方法获得的铁酸铋Bi₂Fe₄O₉亚微米棒产物纯度高，形貌完整，粗细较均匀。

本发明所述的一种制备铁酸铋Bi₂Fe₄O₉亚微米棒的方法，按下列步骤进行：

a、将硝酸铋和硝酸铁为原料加入氢氧化钠，在室温条件下混合研磨或球磨0.5-2小时，其中硝酸铋、硝酸铁和氢氧化钠的摩尔比为Bi∶Fe∶NaOH＝1∶1-4∶5-10；

b、原料混合立即发生室温固相反应，由粉末原料变为粥糊状反应物，30分钟后反应结束，得到粉末产物；

c、将步骤b的粉末进行水洗至去除副产物硝酸钠后，干燥，在温度700-1000℃加热1-6小时，获得部分所需产物铁酸铋Bi₂Fe₄O₉；

d、再用浓硝酸按体积比1∶1溶解产物中未反应的原料，再进行水洗，干燥即可获得全部所需产物铁酸铋Bi₂Fe₄O₉。

步骤a硝酸铋、硝酸铁和氢氧化钠的摩尔比为Bi∶Fe∶NaOH＝1∶2∶6-8。