專利名稱：一種濕化學制備Bi₂Fe₄O₉納米粉體的方法
技術領域：
本發明涉及一種濕化學制備納米Bi2Fe4O9粉體的方法。屬于無機非金屬材料制備領域。
背景技術：
鐵酸鉍(Bi2Fe4O9)作為一種優良的氣敏材料，對乙醇和丙酮等氣體具有良好的響應，可以用作半導體氣敏傳感器。同時鐵酸鉍也可用作工業氨氧化為NO的催化劑，替代目前大量使用的昂貴且不易回收的鉬、銠和鈀合金催化劑。此外，近幾年來，鐵酸鉍的磁、電性能及兩者之間的磁電耦合效應受到了人們的關注。通過磁電效應可以實現磁電轉換功能， 在信息存儲、傳感器等方面具有廣闊的應用前景。Bi2Fe4O9納米材料的制備方法中，水熱法研究的較多，其中一些制備方法對實驗環境的要求比較苛刻2006年韓建濤等人(J. Cryst. Growth. , 294: 469 (2006))用水熱法在270°C制備出了 Bi2Fe4O9，但是需對反應的pH值精確控制；同年Zhi Yang等人(J. Solid State Chen. 179: 3324 (2006))使用溶膠凝膠法在AAO模板上制備出了 Bi2Fe4O9納微米線，但是反應時間較長，反應溫度也較高；申請號為201010132625. 5的發明專利申請記載陳文等人使用一種無模板水熱法合成了一維Bi2Fe4O9納米線，并發現通過提高NaOH的濃度，可以獲得納米片狀Bi2Fe4O9 ;2008年于志偉等人(無機化學學報，24: 483 (2008))采用水熱法制備了 Bi2Fe4O9納米粉體,但是顆粒比較粗糙,粒徑超過I μ m。

發明內容
本發明的目的在于提供一種濕化學制備純相Bi2Fe4O9納米粉體的方法，工藝簡單， 粒徑在 100-400nm。為了實現上述方面目的，本發明采用以下的技術方案
一種濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于包括以下步驟
(O原料的配制將Bi2O3加入反應容器中，加入濃度為20-40%的稀硝酸使Bi2O3完全溶解，然后加入50-100ml蒸餾水；按照摩爾比Fe :Bi=2 =IJ^Fe(NO3)3 · 9H20稱料并加入上述溶液中，攪拌混勻；
該步驟中因為僅需要少量的稀硝酸即可溶解Bi2O3，而且稀硝酸的濃度以20-40% 為宜，為了便于后續反應步驟的進行，需要加入適量蒸餾水擴大反應體系的容積，加入的蒸餾水的量以Bi2O3為參照，當Bi2O3的量取O. 01 mol時，加入的蒸餾水以50 ml為宜，因為若加入的蒸餾水太多會延長步驟(2)的烘干時間；加入的蒸餾水太少，會影響反應步驟(I)中 Fe (NO3) 3 · 9H20和反應步驟(2)中酒石酸的溶解與均勻混合。(2)濕化學法合成按酒石酸總金屬離子為1:1-2:1的摩爾比，所涉及的金屬離子是Bi離子與Fe離子；在步驟(I)的混合溶液中加入酒石酸顆粒，在90-120°C持續攪拌O. 5 I小時，使酒石酸完全溶解，并混合均勻；然后將溫度提高到120-150°C，繼續攪拌，直到溶液成為粘稠狀，停止攪拌，在150-200°C時烘干。然后將該反應物置于烘箱中，在350-450°C預燒2-4h，去除其中的有機物，即可獲得反應前驅物粉末；
(3)燒結成相將獲得的前驅物粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，在700-900°C燒結 l-2h，即得到不同顆粒尺寸的Bi2Fe4O9納米粉體。燒結溫度若低于700°C，Bi2Fe4O9不能完全成相，燒結溫度若高于90(TC，則顆粒尺寸太大，甚至會出現熔融現象。步驟(2)獲得的前驅物為疏松帶孔結構，研磨是為了提高其分散性，研磨時間和力度沒有具體的限制，前驅物在常規的研磨條件下即分散為較小的顆粒。有益效果本發明獲得的純相的Bi2Fe4O9粉體，粒徑在100_400nm，而且粉體顆粒的大小可以通過燒結溫度調控，該Bi2Fe4O9納米粉體可用作氣敏材料或燒結成型后制備 Bi2Fe4O9 陶瓷。


圖I為實施例I制備得到的Bi2Fe4O9的X射線衍射圖。圖2為實施例I制備得到的Bi2Fe4O9納米粉體的場發射掃描電鏡圖。
具體實施例方式本發明采用分析純的Bi2O3和Fe (NO3) 3 · 9H20作為反應原料，且按Bi2Fe4O9的化學計量比稱重并配料。實施例I
一種濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，包括以下步驟
(1)將Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩爾比為2:1配料并稱重；先用濃度為20%的稀硝酸將Bi2O3粉末溶解，然后加入50ml蒸餾水，再加入Fe (NO3) 3 · 9H20,通過磁力攪拌，使原料完全溶解，成為均勻的混合溶液；
(2)接著按照酒石酸與總金屬離子的摩爾比為1:1加入分析純的酒石酸顆粒(購自國藥集團化學試劑公司)，在90°C繼續磁力攪拌I小時，使酒石酸完全溶解，并混合均勻。然后將溫度提高到120°C，繼續磁力攪拌，直到溶液成為粘稠狀。該過程大概需要1-3小時。此時停止攪拌，并在200°C時烘干，獲得前驅物；
(3)然后將上述前驅物置于烘箱中，在400°C預燒4h，以去除其中的有機物。再將獲得的粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，在800°C燒結lh，即得到Bi2Fe4O9納米粉體。從圖I樣品的X射線衍射圖，觀測到的衍射峰與標準的Bi2Fe4O9 —致(JCPDS 25-0090)，沒有出現其它雜質峰。這說明樣品為純相的Bi2Fe4O9粉體。圖2是Bi2Fe4O9納米粉體的場發射掃描電鏡圖。從圖中可以看出，其顆粒粒徑約為200-300nm。實施例2
一種濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，包括以下步驟
(1)將Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩爾比為2:1配料并稱重；先用濃度為30%的稀硝酸將Bi2O3粉末溶解，然后加入80ml蒸餾水，再加入Fe (NO3) 3 · 9H20,通過磁力攪拌，使原料完全溶解，成為均勻的混合溶液；
(2)接著按照酒石酸與總金屬離子的摩爾比為I.5:1加入分析純的酒石酸顆粒(購自國藥集團化學試劑公司)，在120°C繼續磁力攪拌O. 5小時，使酒石酸完全溶解，并混合均勻。然后將溫度提高到150°C，繼續磁力攪拌，直到溶液成為粘稠狀。此時停止攪拌，并在180°C時烘干，獲得前驅物；
(3)然后將上述前驅物置于烘箱中，在450°C預燒3 h，以去除其中的有機物。再將獲得的粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，在700°C燒結lh，即得到Bi2Fe4O9納米粉體。其顆粒粒徑約為 100-200nm。
實施例3
一種濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，包括以下步驟
(1)將Bi2O3和Fe(NO3) 3 ·9Η20，按Fe: Bi摩爾比為2:1配料并稱重；先用濃度為40%的稀硝酸將Bi2O3粉末溶解，然后加入IOOml蒸餾水，再加入Fe (NO3) 3 ·9Η20，通過磁力攪拌，使原料完全溶解，成為均勻的混合溶液；
(2)接著按照酒石酸與總金屬離子的摩爾比為2:1加入分析純的酒石酸顆粒(購自國藥集團化學試劑公司)，在100°C繼續磁力攪拌40分鐘，使酒石酸完全溶解，并混合均勻。然后將溫度提高到150°C，繼續磁力攪拌，直到溶液成為粘稠狀。此時停止攪拌，并在150°C時烘干，獲得前驅物；
(3)然后將上述前驅物置于烘箱中，在350°C預燒2h，以去除其中的有機物。再將獲得的粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，在900°C燒結2h，即得到Bi2Fe4O9納米粉體。其顆粒粒徑約為 200-400nm。
權利要求
1.一種濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于包括以下步驟(O原料的配制將Bi2O3加入反應容器中，加入稀硝酸使Bi2O3完全溶解，然后加入蒸餾水，蒸餾水的用量以使反應體系易于進行為基準；按照摩爾比Fe:Bi=2:l的比例稱取 Fe (NO3)3 · 9H20，并加入上述溶液中，攪拌混勻；(2)濕化學法合成在步驟(I)的混合溶液中加入酒石酸顆粒，在90-120°C持續攪拌O.5 I小時，使酒石酸完全溶解，并混合均勻；然后將溫度提高到120-150°C，繼續攪拌，直到溶液成為粘稠狀，停止攪拌，在150-200°C時烘干，即可獲得反應前驅物粉末；(3)燒結成相將獲得的前驅物粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，燒結，得到不同顆粒尺寸的Bi2Fe4O9納米粉體。
2.根據權利要求I所述的濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于在步驟(3) 之前將前驅物置于烘箱中，在350-450°C時預燒2-4h。
3.根據權利要求I所述的濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于在步驟(3) 所述的燒結溫度為700-900°C，燒結時間為l_2h。
4.根據權利要求I所述的濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于在步驟(I) 稀硝酸的濃度為20-40% ;加入的蒸餾水為50-100ml。
5.根據權利要求I所述的濕化學制備Bi2Fe4O9納米粉體的方法，其特征在于在步驟(2) 酒石酸與反應體系中總金屬離子的摩爾比為1:1-2: I。
全文摘要
本發明公開了一種制備Bi2Fe4O9納米粉體的濕化學方法。步驟是先將Bi2O3溶于稀硝酸中并加入適量蒸餾水，然后按摩爾比加入Fe(NO3)3·9H2O，攪拌均勻；在所得溶液中按比例加入酒石酸，然后在90-120℃的溫度下繼續磁力攪拌，當溶液變得很粘稠時，停止攪拌，在150-200℃時烘干；然后將反應物置于烘箱中，在350-450℃預燒，以去除其中的有機物；之后將獲得的粉末研磨，轉移至氧化鋁坩堝中，在不同的溫度燒結1-2h，即得到不同顆粒尺寸的Bi2Fe4O9納米粉體。該Bi2Fe4O9納米粉體可用作氣敏材料或燒結成型后制備Bi2Fe4O9陶瓷。
文檔編號C01G49/00GK102583571SQ20121005014
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者仲坤, 徐林華, 繆菊紅, 蘇靜, 陳玉林 申請人:南京信息工程大學