[发明专利]一种基于碳酸氧铋或氧化铋纳米管的材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于碳酸氧铋或氧化铋纳米管的材料及其制备方法，尤其涉及碳酸氧铋纳米管、氧化铋纳米管、石墨烯基碳酸氧铋纳米管或石墨烯基氧化铋纳米管及其制备方法。

背景技术

铋是元素周期表中最重要的稳定金属元素，位于金属和非金属交界处，具有特殊的理化性质，无毒且具有不致癌特性，被称为绿色金属。碳酸氧铋又称碱式碳酸氧铋、次碳酸铋，是一种白色粉末，化学式为Bi₂O₂CO₃。碳酸氧铋不仅仅用于医药工业的收敛剂、X射线诊断遮光剂、治疗胃炎十二指肠溃疡/急性黏膜渗透性胃炎/细菌性痢疾/腹泻/肠炎等，同时还可以作为搪瓷助熔剂、珠光塑料添加剂、陶瓷玻璃添加剂、抗菌材料、光催化材料。氧化铋，是一种浅黄色粉末，化学式为Bi₂O₃，主要用于电子陶瓷粉体材料、电解质材料、光电材料、超导材料，还可用作有机合成催化剂、特种玻璃、化纤品阻燃剂和环保电池的添加剂。石墨烯是由六方排列的碳原子组成的具有单原子厚度的二维片层，具有比表面积大、导电导热性能高、机械性能强等优异性能。

中国专利(CN101817555A)公开了一种具有多级结构的碳酸氧铋微米花材料及其制备方法，首先将硝酸铋溶解在稀硝酸里面，然后将其逐滴加入过量的碳酸钠溶液中，得到具有多级结构的碳酸氧铋微米花。中国专利(CN102275987A)公开了一种纳微米级板片碳酸氧铋材料及其制备方法，首先将五水硝酸铋溶解在尿素水溶液中，再将得到的混合溶液在压强高于3MPa、温度为100-200℃的条件下保温1-4小时，得到纳微米板片碳酸氧铋。目前还没有碳酸氧铋纳米管结构的专利公开发表。Chem.Commun.，2006，2265-2267发表了一种将柠檬酸铋、尿素在乙二醇中利用回流的方法观察得到的碳酸氧铋纳米管的结构；Chem.Eur.J.2012，16491发表了一种将硝酸铋、尿素在乙二醇溶液中利用溶剂热条件制备的碳酸氧铋纳米管的结构。然而，这些方法制备条件复杂、可控性低、成本高。

氧化铋的生产方法有固相法和液相法。固相法主要包括化学气相法和等离子法。在氧气中高温氧化熔融的金属铋，生成氧化铋块体后再粉碎；采用等离子体加热技术生产微米级氧化铋必须具备微波再生皿和真空装置，投资和能耗大。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法。水解法通过控制水解条件来合成氧化物颗粒，将金属铋溶于硝酸，生成硝酸铋溶液，加入过量的氢氧化钠，在强碱条件下使硝酸铋水解，煅烧生成氧化铋；硝酸铋与碳酸氢铵沉淀生成碳酸氧铋，煅烧生成氧化铋。JournalofMaterialsScience36(2001)297-299报道了一种用多羟基醇法制备纳米氧化铋,该法可以有效阻止颗粒的长大，经该法制备得到的氧化铋颗粒粒径为70-90nm。但这些方法制备的氧化铋多为颗粒结构。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于碳酸氧铋或氧化铋纳米管的材料及其制备方法，该材料为碳酸氧铋纳米管、氧化铋纳米管、石墨烯基碳酸氧铋纳米管或石墨烯基氧化铋纳米管。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于碳酸氧铋或氧化铋纳米管的材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将硝酸铋溶解在稀硝酸中或将硝酸铋溶解在分散有氧化石墨烯的稀硝酸溶液中，均匀搅拌，得到第一反应溶液；

第二步，在第一反应溶液中逐滴加入氨水，直至第一反应溶液与氨水混合生成的体系的酸碱度调至碱性，得到第二混合液；

第三步，将第二混合液在含CO₂气氛或不含CO₂气氛中搅拌，得到纳米管。

进一步地，在第一步中，硝酸铋的浓度为0.5～5mg/ml；稀硝酸浓度为0.02～0.05mol/L；硝酸铋与氧化石墨烯的质量比为50：3～200：1。

进一步地，在第二步中，所述碱性为pH值为9～11。

进一步地，在第三步中，含CO₂气氛为空气中的CO₂、水中溶解的CO₂或尿素分解的CO₂；不含CO₂气氛为惰性气体保护的气氛。

进一步地，在第三步中，所述搅拌为在低于水的沸点以下的温度搅拌。

优选地，在第三步中，所述搅拌为在60℃的温度下搅拌。

进一步地，在第三步中，搅拌的时间为至少12小时。