一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体

摘要

本发明属于微纳米材料制备技术领域，特别涉及一种一步法制备一维及其复合形貌氧化锑Sb2O3微纳米粉体的方法。将SbCl3溶于乙醇的溶液加入到碱溶液中发生反应，过滤、干燥得到一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体。本发明方法简单、成本低、省时省力、节约能源、环境污染小，制备过程中不加任何添加剂，极具工业化应用潜能。

权利要求

1.一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，将SbCl3乙醇溶液加入到碱溶液中发生反应，SbCl3乙醇溶液与碱溶液的体积比为1:1-20，过滤、干燥得到一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，一维及其复合形貌为带状、带束状、蝴蝶结状、花状、层状。

2.如权利要求1所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，反应温度为5-85℃，时间为 0.1-0.5 h，反应的同时进行搅拌。

3.如权利要求1所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，SbCl3乙醇溶液的浓度为0.01-4.0 mol/L。

4.如权利要求3所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，所述碱溶液中碱的质量浓度为0.02-30.0%。

5.如权利要求4所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。

6.如权利要求1所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，SbCl3乙醇溶液逐滴加入或一次性倒入碱溶液中。

7.如权利要求2所述的一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，搅拌为电动搅拌或磁力搅拌。

8.如权利要求1-7之一所述的一步法制备一维及其复合形貌 Sb2O3微纳米粉体，其特征在于，反应温度为50-60℃，在质量浓度为0.02-5%的氨水溶液中，得到带状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为40-70℃，在质量浓度为0.02-1%的氢氧化钠水溶液中，得到近花状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为20-50℃，在质量浓度为0.02-10%的氨水溶液中，得到带束状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为 50-85℃，在质量浓度为5-12%的氨水溶液中，得到蝴蝶结状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为10-20℃，在质量浓度为12-25%的氨水溶液中，得到花状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为40-80℃，在质量浓度为1-5%的二乙醇胺水溶液中，得到层状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为30-70℃，在质量浓度为2-5%的乙二胺溶液中，得到层状Sb2O3微纳米晶体颗粒。

说明书

一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体

技术领域

[0001] 本发明属于微纳米材料制备技术领域，特别涉及一种一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体的方法。

背景技术

[0002] 由于一维及其复合结构微纳米材料具有一些独特的力学、光学、电磁学等性质，从而成为材料科学界关注的热点。目前制备一维及其复合结构微纳米粉体的方法主要包括气相沉积法，水/溶剂热法，模板法以及超声法等。但上述方法制备工艺较为复杂、反应时间长、能源浪费严重、且需加入大量添加剂，污染环境，严重制约了微纳米材料应用研究。研究至今，液相法尤其在水相中制备一维及其复合结构微纳米颗粒被公认为是最为简单、可行并有工业应用前景的制备方法。但是水的极性大，金属离子在其中发生水解反应生成氧化物或氢氧化物的成核、生长速度快，制备得到的纳米颗粒表面上存在大量水分子，这些水分子可以通过氢键和纳米颗粒表面上的氢氧根相结合。当颗粒间距离近时，表面上的水分子可以作为“桥”分子，在干燥过程中很易引起颗粒间硬团聚长成大颗粒，从而使纳米颗粒的量子效应、表面效应，隧道钻穿效应等无法发挥出来。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体的方法，克服现有方法制备得到的产品容易硬团聚，从而影响纳米颗粒的量子效应、表面效应，隧道钻穿效应等无法发挥的缺陷。

[0004] 本发明采用的技术方案如下：

[0005] 一步法制备一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体，将常温下SbCl3乙醇溶液加入到碱溶液中发生反应，过滤、干燥得到一维及其复合形貌Sb2O3微纳米粉体。

[0006] SbCl3乙醇溶液的浓度为0.01-4.0 mol/L。

[0007] 所述碱溶液中碱的质量浓度为0.02-30.0%。

[0008] 所述碱溶液为氢氧化钠、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。

[0009] SbCl3乙醇溶液与碱溶液的体积比为1:1到1：20。

[0010] SbCl3乙醇溶液逐滴加入或一次性倒入碱溶液中。

[0011] 反应温度为5-85℃，时间为 0.1-0.5 h，反应的同时进行搅拌。

[0012] 搅拌为电动搅拌或磁力搅拌。

[0013] 具体的，反应温度为50-60℃，在质量浓度为0.02-5%的氨水溶液中，得到带状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为40-70℃，在质量浓度为0.02-1%的氢氧化钠水溶液中，得到近花状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为20-50℃，在质量浓度为0.02-10%的氨水溶液中，得到带束状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为 50-85℃，在质量浓度为5-12%的氨水溶液中，得到蝴蝶结状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为10-20℃，在质量浓度为12-25%的氨水溶液中，得到花状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为40-80℃，在质量浓度为1-5%的二乙醇胺水溶液中，得到层状Sb2O3微纳米晶体颗粒；反应温度为30-70℃，在质量浓度为2-5%的乙二胺溶液中，得到层状Sb2O3微纳米晶体颗粒。

[0014] 本发明目的在于通过控制不同的反应条件，使反应物SbCl3一步生成不同形貌的Sb2O3微纳米颗粒，且生成的颗粒不易团聚。首先在常温条件下用无水乙醇溶解SbCl3，使无机金属盐SbCl3在其中生成乙醇溶剂化物，这样可以减慢SbCl3水解生成含氧化物的成核和生长速度，按照不完全定向吸附和Ostwarld熟化机制进行生长；另外，体系中存在的少量乙醇分子可以吸附到颗粒表面，达到空间位阻作用，减少了颗粒间通过水分子搭“桥”长大的现象。通过调整不同的反应参数，控制产物形貌，制备得到一维及其复合结构形貌的Sb2O3微纳米粉体，如带状、带束状、蝴蝶结状、花状以及层状等不同形貌。制备得到的微纳米颗粒不仅具有较为规整的形貌，且颗粒表面积大，有的还具有较大的长径比，产量大，在阻燃、催化、电化学等领域将具有很好的应用前景。此方法具有制备简单、成本低、省时省力、节约能源、环境污染小，制备过程中不加任何控制形貌的添加剂如表面活性剂等，适合当今低碳化的时代要求，极具工业化应用潜能。本方法也有望用于其它种类的微纳米材料的制备和工业化研究。

[0015] 本发明相对于现有技术，有以下优点：

[0016] 本发明制备得到的产品颗粒分散性较好，不容易发生硬团聚，方法简单、成本低、省时省力、节约能源、环境污染小，制备过程中不加任何添加剂，极具工业化应用潜能。

附图说明

[0017] 图1为带状形貌的Sb2O3微纳米颗粒的SEM图；

[0018] 图2为带束状形貌的Sb2O3微纳米颗粒的SEM图；

[0019] 图3为蝴蝶结状形貌的Sb2O3微纳米颗粒的SEM图；

[0020] 图4为花状形貌的Sb2O3微纳米颗粒的SEM图；

[0021] 图5为层状形貌的Sb2O3微米颗粒的SEM图；

[0022] 图6为带状形貌的Sb2O3微纳米颗粒的XRD图。

具体实施方式

[0023] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

[0024] 实施例1

[0025] 在60℃时，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 3%(wt %)的氨水溶液中，磁力搅拌反应0.2 h,然后把水解生成的Sb2O3悬浮液过滤，洗涤，60 ℃烘箱干燥得到Sb2O3粉末样品。

[0026] 将少量制备得到的 Sb2O3粉末样品直接粘附到有导电胶的铜台上，对其进行喷金后，在扫描电镜下观察, 结果如图1所示。从图中可以看到的颗粒是带状形貌，长度达10-20µm，单个纳米带的厚度在100nm左右。

[0027] 实施例2

[0028] 在40℃时，把20 mL 0.1 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴入50 mL 5%(wt %)的氨水溶液中，磁力搅拌反应0.5 h, 然后把水解生成的Sb2O3悬浮液过滤，洗涤，60 ℃烘箱干燥得到Sb2O3粉末样品。

[0029] 将少量制备得到的 Sb2O3粉末样品直接粘附到有导电胶的铜台上，对其进行喷金后，在扫描电镜下观察, 结果如图2所示。从图中可以看到的颗粒是带束状形貌，长度在20 µm左右，单个纳米带的厚度在100 nm左右，带束一侧的长度可达10 µm。

[0030] 实施例3

[0031] 在60℃时，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液倒入45 mL 6%(wt %)的氨水溶液中，电动搅拌反应0.1 h, 然后把水解生成的Sb2O3悬浮液过滤，洗涤，60 ℃烘箱干燥得到Sb2O3粉末样品。

[0032] 将少量制备得到的 Sb2O3粉末样品直接粘附到有导电胶的铜台上，对其进行喷金后，在扫描电镜下观察, 结果如图3所示。从图中可以看到的颗粒是蝴蝶结状形貌，长度在20 µm左右，组成蝴蝶结的纳米带的厚度在100 nm左右，蝴蝶结一侧的长度可达10 µm。

[0033] 实施例4

[0034] 在10℃时，把5 mL 1.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 14%(wt %)的氨水溶液中，磁力搅拌反应0.5 h, 然后把水解生成的Sb2O3悬浮液过滤，洗涤，60 ℃烘箱干燥得到Sb2O3粉末样品。

[0035] 将少量制备得到的 Sb2O3粉末样品直接粘附到有导电胶的铜台上，对其进行喷金后，在扫描电镜下观察, 结果如图4所示。从图中可以看到的颗粒绝大数是花状形貌，花的直径约为5µm左右，微纳米花是由一个个从中心长出来的长度为2-3µm，厚度在100 nm左右的片组成。

[0036] 实施例5

[0037] 在60℃时，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 2%(wt %)的乙二胺溶液中，电动搅拌反应0.5 h, 然后把水解生成的Sb2O3悬浮液过滤，洗涤，60 ℃烘箱干燥得到Sb2O3粉末样品。

[0038] 将少量制备得到的 Sb2O3粉末样品直接粘附到有导电胶的铜台上，对其进行喷金后，在扫描电镜下观察, 结果如图5所示。从图中可以看到的颗粒为层状结构形貌，每一层的厚度也是纳米量级，一些层状结构相互交叉类似于花状。

[0039] 实施例6

[0040] 改变温度为50℃，碱溶液为0.5%(wt %)的氢氧化钠水溶液，其他同实施例4，得到近花状Sb2O3微纳米晶体颗粒。

[0041] 实施例7

[0042] 改变反应温度为75℃，碱溶液为1.5%(wt %)二乙醇胺水溶液，其他同实施例5，得到层状Sb2O3微纳米晶体颗粒。

[0043] 图6是实施例1带状形貌Sb2O3粉末样品的X-射线粉末衍射图谱。从图谱中可以看到多重的衍射吸收峰，吸收峰的峰位很好地与正交晶型Sb2O3（JCPDS, 71-0383）相吻合，说明为正交晶型Sb2O3，吸收峰强度较强说明样品具有较为完善的晶体结构。与Sb2O3的标准图谱相比较，得到的Sb2O3粉末样品的(110)和(200)面衍射峰的强度提高，(012)和(111)面衍射峰的强度降低，这就说明制备得到样品的晶体生长具有一定的取向性，这很好地与带状的形貌相对应。从衍射图谱中也没有发现其它衍射峰，说明得到样品纯度很好。

[0044] 上述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明所作的改变均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。