[发明专利]管状纳米钨酸铋及其制备方法

说明书

本发明涉及水性反相胶体、半导体、光降解和光致发光领域，特别涉及一种管状纳米钨酸铋及其制备方法。首先制备装载模板前驱体的胶体，然后制备含有柱状模板的纳米反应器胶体，再合成含钨酸铋纳米点的胶体反应器，最后经水热处理得到沉积在模板表面晶化的管状钨酸铋。本发明方法在胶粒反应器内形成的模板尺寸直径在2‑3纳米，长径比为2‑3:1，分布均一；利用聚N‑异丙基丙烯酰胺聚合物壳层表面可以控制、吸收并最终形成钨酸铋纳米颗粒；制得的钨酸铋纳米材料在半导体、光降解和光致发光等领域有着潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及水性反相胶体、半导体、光降解和光致发光领域，特别涉及一种采用模板法在反相细乳液颗粒内制备管状纳米钨酸铋的方法。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境污染的日益加重，人们开始寻求一种环保可持续利用的能源，其中，钨酸盐的密度大、无潮解、发光效率高，且其抗辐射损伤能力强，具有很好的发光性能，这种材料性能引起了广泛学者对太阳能利用的关注。在Aurivillius型化合物中，其氧化物通式为Bi₂A_n-1B_nO_3n+3(A＝Ca,Sr,Pb,K,Ba,Na,and B＝Ti,Ta,Nb,Fe,W,Mo)，Bi₂WO₆属于一类重要的半导体氧化物，也是一种重要的半导体钙钛矿氧化物。这类钙钛矿氧化物的晶体结构为八面体WO₆层与Bi₂O₂层相互交替排列垂直堆叠而成的钙钛矿层状结构,正是由于这种特殊的晶体结构，Bi₂WO₆具有优良的物理性质与化学性质。Bi₂WO₆纳米晶体是Bi₂WO₆在一定的温度和一定的时间下分解出离子并发生Ostwald ripening过程形成的。钨酸铋的制备方法有高温固相合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、溶剂热法、微乳液法、超声化学方法、和水热法等。大多数制备方法所制备的Bi₂WO₆纳米晶体，其粒径尺寸较大且分散不均匀，此外，所制得的Bi₂WO₆纳米晶体呈现出鸟巢状、实心球花状和不规则片状等形貌。

发明内容

“细乳液”是指经过超声化或高速剪切机粉碎，通过助稳定剂稳定尺寸为50～500nm的液滴。以细乳液液滴或细乳液聚合颗粒为反应器，通过某些特殊模板实现制备管状钨酸铋具有现实意义。

本发明的目的是采用反相细乳液聚合形成纳米反应器，以特殊材料为模板，通过Ostwald熟化方式将钨酸铋沉淀在柱状模板上。然后通过洗涤去除模板，最终用水热法形成管状钨酸铋。

管状纳米钨酸铋的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)制备装载模板前驱体的胶体：

室温下，将定量的温敏性单体和模板前驱体溶解在去离子水中，形成溶液A；以定量的乳化剂溶解在溶剂中为溶液B；称取定量的溶液A和溶液B混合后，迅速转入预先设定温度的超声波生物粉碎机中粉碎一定时间。粉碎后将得到的含有模板前驱体的反相细乳液移入预设一定水浴温度的超声波振荡器中，加入引发剂，聚合一定时间后，形成装载模板前驱体的胶体。

步骤(1)溶液A中的温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺等，模板前驱体为谷氨酸钠等。溶液B中乳化剂为Span80，B溶液中溶剂为环己烷。适量溶液A和适量溶液B混合后通过超声波生物粉碎机高功率750W以60％功率状态粉碎15分钟，温度10℃。超声波震荡功率100W，水浴温度为65℃；聚合时间3小时。

步骤(1)溶液A中温敏性单体、模板前驱体和去离子水的质量比为5:20:100；B溶液中Span80和溶剂的质量比为15-25:500；溶液A和溶液B的质量比为100:500。聚合引发剂可以为过硫酸钾或过硫酸铵，其用量为和溶液A质量比为0.3:100。