[发明专利]铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法，属于复合纳米材料制备技术领域。

背景技术

 纳米材料是尺寸为1～100nm之间的纳米粒子，通过大量的理论和实验研究表明，当颗粒小于一定尺寸时，能表现出其他常规材料更优异或不具备的性能，在光、电、磁、催化、敏感等方面有非常广泛的应用，而且还具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及隧道效应。

氧化锆在材料改性、敏感元件修饰、传感器制备、燃料电池等方面用途广泛，其纳米颗粒均有高比表面积、稳定性好的特点，具有更好的应用前景。其制备的方法一般有气相法和液相法两大类，气相法以氯化锆或醇锆为原料，经过高温水解或热解得到目标产物。液相法包括沉淀法和溶解凝胶法等。

氧化铋也是一种重要的功能性材料，可以用于固体推进剂燃速催化剂、无机颜料、有机合成催化剂、塑料阻燃剂、压敏电阻、显像管等方面。纳米氧化铋则更具优异性能，可以用于光学材料、电子材料、超导材料等。其制备方法一般有：气相法、固相法和液相法。气相法中常用喷雾-燃烧法，固相法主要是物理研磨，液相法使用最多，主要有化学沉淀法、水解法、溶胶凝胶法等，各有优缺点。

在太阳能电池浆料的制备中，需要添加一些金属氧化物来调整浆料的性能，氧化锆和氧化铋可以用于太阳能电池背铝浆料和背银浆料中。一般使用微米级别的颗粒，且分别添加。其用量和配比对浆料最终性能并不明显。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法，包含以下步骤：

1a）氧化锆溶胶的制备：配制0.1mol/L的ZrOCl₂·8H₂O水溶液，加入表面活性剂，搅拌下加热至溶解；继而，滴加浓度为5%的氨水溶液至pH=10，再滴加由有机酸和无机酸组成的稀酸溶液至pH=9，使溶液呈透明溶胶状态；

1b）氧化铋溶胶的制备：配制0.1mol/L的Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液，依次加入浓度为68%的浓硝酸、柠檬酸、交联剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺，室温搅拌溶解，然后加入引发剂，搅拌下滴加氨水至pH=9，加热直至无色透明溶胶形成；

2）复合溶胶的制备：将步骤1b）制备得到的氧化铋溶胶于搅拌下加热，缓慢滴加步骤1a）制备得到的氧化锆溶胶，氧化锆与氧化铋摩尔比为1:4，控制体系的pH=9；保温搅拌至出现果冻状胶体；

3）复合凝胶的制备：将复合溶胶置于烘箱中，烘干得到干凝胶；

4）煅烧：根据TG-DSC分析结果，将干凝胶置于马弗炉中煅烧，磨碎，得到铋-锆氧化物复合纳米颗粒，其粒径为20～100nm。

进一步地，上述的铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法，其中，步骤1a）中表面活性剂为甘露醇、吐温80、聚乙二醇6000或聚山梨酯80，加入量为ZrOCl₂·8H₂O水溶液总量的0.1～0.5wt% 。步骤1a）中有机酸为柠檬酸、醋酸或丙酸，浓度为1～10%；无机酸为盐酸、磷酸或硫酸，浓度为0.5～5%；有机酸与无机酸的重量比为1：（1～10）。

更进一步地，上述的铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法，其中，步骤1b）中硝酸的加入量为Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液总量的10～30wt% 。步骤1b）中柠檬酸的用量为Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液总量的10～50 wt%；N,N-亚甲基双丙烯酰胺的用量为Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液总量的5～20wt% 。步骤1b）中交联剂为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺或异丙基丙烯酰胺，其用量为Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液总量的10～50 wt%。步骤1b）中引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵，其用量为Bi(NO₃)₃·5H₂O水溶液总量的0.1～2wt%。

更进一步地，上述的铋-锆氧化物复合纳米颗粒制备方法，其中，步骤2）中体系温度控制在60±5℃，保温搅拌时间控制在8～24小时。