[发明专利]一种无模板合成磷酸锑微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机微纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种无模板合成磷酸锑微球的制备方法。

背景技术

众所周知，由于结构与性能之间的相互关系，无机纳米材料的物理与化学性质与其形貌、尺寸和微观结构之间具有强烈的依赖关系。近年来，具有可控尺寸和形貌的无机微纳米功能材料，特别是由纳米结构为基本单元(如零维纳米粒子、一维纳米线、纳米棒和纳米管以及二维纳米板、纳米片)组成的具有三维等级结构的微纳米材料，由于其兼具纳米和微米尺度的优点而具有新颖的光、电性能，从而引起了人们极大的兴趣和关注。此外，中空的纳米结构由于具有较大的比表面积因而在催化、药物释放和能源存储等领域具有广阔的应用前景。磷酸锑(SbPO₄)因其具有独特的层状结构和电子结构以及在光催化和锂离子电池电极材料方面的应用而逐渐受到研究者的关注。目前，磷酸锑微纳米材料的制备研究还相对较少。Pena等采用以氧化锑和磷酸为原料，采用液相沉淀法制备出单斜相的磷酸锑颗粒，并研究了其电化学储放锂性能(Pena JS, Journal of Solid State Chemistry, 2004, 177, 2920)；Melnikov等以聚磷酸锑为前驱体，制备出具有椭圆形形貌的磷酸锑颗粒(Melnikov P, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2008, 92, 579)。最近，Li等以氯化锑和磷酸二氢铵为反应物，以水/油酸/乙醇为混合溶剂，通过一种自牺牲模板法制备出磷酸锑空心球(Li GS, RSC Advances 2012, 2, 12999)。

Pena等和Melnikov等人制备出来的不是具有三维等级结构的磷酸锑微纳米材料，而Li等是通过一个模板法来制备出具有空心结构的由纳米颗粒组成的微球，制备方法较为繁琐，其产品的微观结构为由零维结构的纳米粒子组成的空心微球。目前，不采用任何模板制备由一维纳米棒组成的具有三维等级空心结构的磷酸锑微纳米材料的方法还未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种无模板合成磷酸锑微球的制备方法。本发明方法采用廉价易得的原料，快速大量合成分散性较好、形貌和尺寸较为均匀、且由纳米棒组成的具有空心结构的磷酸锑花状微球，本发明制得的磷酸锑微球的平均直径在1.3µm～2.5µm之间。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。

一种无模板合成磷酸锑微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将酒石酸锑钾和磷酸溶于溶剂中，形成混合溶液，所述溶剂为乙二醇或丙三醇；

S2. 将S1得到的混合溶液进行溶剂热反应，冷却，洗涤，离心分离，干燥后得到产品。

现有技术制备具有等级结构的空心磷酸锑微纳米材料时，一般需要采用硬模板如聚苯乙烯微球、碳球等；或使用软模板如各种聚合物或表面活性剂，Li等使用在反应过程中生成的中间产物氯化氧锑作为自牺牲模板，通过磷酸根离子与氯化氧锑的反应将其转化为磷酸锑空心球。制备空心结构的磷酸锑花状微球的难度主要在于如何控制磷酸锑纳米粒子的成核速度和组装过程。本发明利用了微纳米材料制备技术中的自组装过程，即当满足合适的条件时，纳米基本单元如纳米颗粒、纳米棒或纳米片等为了降低表面能而自发地进行定向的聚集或吸附，从而组装成具有三维等级结构的特殊形貌的微纳米材料。

本发明采用酒石酸锑钾、磷酸及溶剂乙二醇或丙三醇作为反应体系。该反应体系中，酒石酸锑钾中的锑离子被酒石酸根离子络合，因此其释放锑离子的速度比较缓慢，利于控制磷酸锑的成核速度，有利于形成一维纳米棒；同时，磷酸为反应体系提供了适合的酸性和粘度，且磷酸释放磷酸根离子的速度也较为缓慢；溶剂采用乙二醇或丙三醇则有效避免了快速的成核，它们都具有一定的粘度，可以使新生成的纳米粒子有足够的时间进行自组装过程。若选用碳链更长的多元醇，其粘度过高，不仅制备过程中溶解困难，也不利于纳米粒子的自组装过程。

本发明发现，将酒石酸锑钾和磷酸作为反应原料，并使用乙二醇或丙三醇作为溶剂，采用溶剂热法可以在较短时间内合成大量形貌和尺寸均匀的、由纳米棒组成的具有空心结构的磷酸锑花状微球。

优选地，酒石酸锑钾：磷酸的摩尔比为1：10~16。

优选地，S1所述混合溶液中酒石酸锑钾的浓度为0.01～0.04mol/L。

优选地，S1所述混合溶液中磷酸的浓度为0.1～0.4mol/L。