可控生长的单斜αbi2 O 3Submicrorods通过热液合成方法.doc

可控生长的单斜bi2 O 3Submicrorods通过热液合成方法陈志武,胡锦涛霁anqiang,他新华社文摘:单斜bi2 O 3submicrorods合成一个热液路线。 它们的直径和长度可以有效控制通过不同Bi(没有3)3浓度和反应时间。水晶结构,大小和形状的bi2 O 3粒子进行了XRD、SEM、TEM。 Bi的大小2 O 3棒是逐渐减少与减少Bi(3号)3浓度而直径和长度的Bi2 O 3submicrorods逐渐增加与增加反应时间。此外,形成机制的Bi2 O 3submicrorods也进行了探讨。关键词:氧化铋,水热合成;submicrorodsCLC号码:O78文档的代码:一篇文章ID:1002 - 185 x(2010)s2 - 026 - 05 铋氧化物(Bi 2 O 3)是一个有吸引力的材料由于对他们重要的带隙(2.85和2.58 eV为monoc -linicbi2 O 3和正方bi2 O 3阶段,各自的-示威)1,2,高折射率、介电常数是也标志着光电导性和photolumines -cence3。所有这些特点使Bi2 O 3广泛被应用在许多领域,比如光学涂层4,微电子5、陶瓷玻璃制造业进来6,传感器技术7,电解质材料8和催化剂9。BI2 o 3是一个复杂的系统有四个不同的形体,显著不同的结构和性质:,和。目前,合成的Bi2 O 3主要集中在和与稳定的结构形式众所周知,结构、尺寸、形状和电气性能的Bi2 O 3联想到他们的合成路线的粉末。通常,Bi 2 O 3准备通过氧铋金属在吗800C10。然而,它通常会导致高agglome -配给和成分的不均匀性粉末因为高煅烧温度。一些改变原生化学合成路线被提出包括precipita -优化方法11,溶胶-凝胶过程12微乳液法13等等。尽管即兴表演ved化学方法可以产生细粉与作曲的同质性,高煅烧温度通常所必需的结晶的Bi2 o 3粉末。粉末,水热合成具有许多独特的优点如高结晶度,嗯,控制的形态、高纯度和狭窄的粒子大小分布1415。杨等人第一次法夫里-上须形状的Bi2 O 3通过hydrother - mal粉末过程16。然而,Bi2 O 3胡须已经微米规模直径和长度,需要相对较高温度(220C)。此外,手像- Bi2 O 3微晶核也被成功地合成了热液过程17。到目前为止,以我们最好的知识,还没有报告在热液合成单斜bi2 O 3submicrorods特异性)与控直径和纵横比。现在的工作中,我们成功地准备单斜bi2 O 3可控SMRs直径和纵横比通过使用热水地合成路线。直径和长宽比的Bi 2 O 3SMRs可以有效地控制的不同Bi(没有3)3浓度或反应时间。1 实验在这个实验中,Bi(没有3)35 h2O和氢氧化钠是作为起始物料和矿化剂,分别。所有的化学试剂均为分析纯。这个起始物料和矿化剂被混合均匀在一个设计的摩尔比。这种混合物当时密封在聚四氟乙烯衬里不锈钢蒸压与填充容量的80%。水热合成的Bi2 O 3进行了从100年到180气温C0.2到10小时。冷却后,产品被过滤,用蒸馏水清洗、晾干在环境温度。相结构的Bi2 O 3粒子通过x射线衍射分析(XRD、迪D / Max-3C,日本)与铜K辐射。平均大小和作为合成的形态Bi2 O 3粒子观察到的透射电子显微镜(TEM,杰姆- 200残雪)和扫描电子显微镜(SEM,利奥1530副总裁)。2 的结果和讨论水热条件的影响上 Bi2 O 3形成工艺参数的影响等从材料、mineralizers和反应温度和时间在Bi2 O 3表总结了形成。我们可以看到从表1,水晶结构的Bi2 O 3强烈依赖反应温度和浓度比率开始mineralizers材料。 这个阶段的结构粉末合成没有氢氧化钠作为矿化剂是未知。虽然纯bi2 O 3可以合成热水地使用Bi(没有3)35 h2O在一个2摩尔/升氢氧化钠水溶液的温度在120到160C对于0.2到10小时。一个典型的扫描电镜照片的Bi2 O 3SMRs准备在160C 10 h在2摩尔/ L氢氧化钠溶液是表1影响的热液条件对Bi 2 O 3晶体结构Bi(没有3)35 h2O /摩尔L1氢氧化钠/摩尔L1T /C T / h晶体结构180年0.1没有3未知的阶段180年0.5没有3未知的阶段1801.0没有3未知的阶段100年0.1 - 2 3bi2 O 3+无定形120年0.1 - 2 3bi2 O 3140年0.1 - 2 3bi2 O 3160年0.1 - 2 3bi2 O 3160年0.1 - 2 0.2bi2 O 3+无定形160年0.1 - 2 0.5bi2 O 3160年0.1 - 2 1.5bi2 O 3160年0.1 - 2 4.5bi2 O 30.1 - 2 160 6bi2 O 31.0 - 2 160年10bi2 O 30.5 - 2 160年10bi2 O 30.3 - 2 160年10bi2 O 30.1 - 2 160年10bi2 O 3图1所示。正如所见的图,Bi2 O 3SMRssubmicrorods都非凝聚。 研究了反应温度的影响submicrorods的晶体结构、水力-热合成的Bi2 O 3SMRs进行了100、120、140和160C 3 h,使用0.1摩尔/升Bi(没有3)35 h2O在一个2摩尔/ L氢氧化钠水溶液。XRD模式的Bi2 O 3SMRs图2所示。在100C加热后,只有三个小衍射的山峰Bi2 O 3观察,我ndicating,吗产品主要包括无定形沉淀和只有一个小Bi2 O 3晶体。图3显示了相应的扫描电镜照片的粉末。我们可以看到从这,准备粉体凝聚和不规则的形状,这应该是无定型阶段根据XRD结果。增加反应温度、衍射的山峰Bi 2 O 3变得清晰。当反应温度增加到160C,高度的衍射峰进一步增加。它表明,Bi2 O 3SMRs与好结晶度可以在更高的合成反应温度18。所有的衍射的山峰XR模式分配给bi2 O 3据报道在JCPDS文件,这表明Bi2 O 3SMRs的单相材料和有一个单斜晶体的结构。与以前的解决方案的过程11,热液过程所开发的成功降低了合成温度的bi2 O 3从300年到120C为了理解反应时间的影响在合成的bi2 O 3,反应温度在160C是固定的,反应时间延长从0.2 h - 6 h。图4显示了x射线衍射模式的Bi2 O 3submicrorods合成使用不同的时间在160C。对于0.2 h,只有4小衍射峰的Bi2 O 3是观察,表明该产品主要包括非晶态沉淀。随着反应时间,峰值强度作为准备的bi2 O 3粒子增加了。它揭示了结晶良好的bi2 O 3摘要采用粒子可能是6小时反应时间。2.2 TEM表征Bi2 O 3纳米粒子图5显示了TEM图片的Bi2 O 3微粒准备使用不同的Bi(没有3)3浓度。这个微粒准备使用1.0摩尔/升Bi(硝态氮)3是Bi 2 O 3微球的平均直径约2.2m(Fig.5a)。 当浓度下降到0.5摩尔/升,见Fig.5b,含有微米尺寸杆平均直径、长度和长宽比约m 2.,6.5,和3,分别m,可以观察到。当低浓度(0.3摩尔/升)使用的microrods较小直径(2.1m)和更长时间长度(12.8m获得了(Fig.5c)。 Fig.5d是代表TEM图的Bi2 O 3SMRs准备使用0.1摩尔/升Bi(没有3)35 h2o .直径、平均长度和长宽比的SMRs约0.5m,m 7.4和15个,分别。它可以看到图5这与减少Bi(没有3)3浓度,Bi 2 O 3粒子在不同形状可以获得和它们相应的尺寸逐渐减少。这是说,Bi的形状2 O 3粒子可以有效地通过改变Bi(没有控制3)3浓度。图7给TEM图片的Bi2 O 3SMRs准备使用不同的反应时间。当热液反应是内执行0.5 h,Bi2 O 3SMRs有平均直径和长度约为0.23和吗m 1.7,分别(Fig.6a)。 增加反应时间高达1.5 h,直径和长度逐渐增加,m约0.27和2.7,分别为(Fig.6b)。 在实验4.5 h,SMRs拥有平均直径和长度约为0.33和3.0m,分别(Fig.6c)。 进一步增加反应时间了到6小时,他们的平均直径和长度大约是0.40和3.6m,分别为(Fig.6d)。 它能明确看到图7,直径和长度的SMRs生产逐渐增加,这表明直径和长度的SMRs可能是有效的通过调整控制反应时增长机制是有用的预测发展和演化的单晶。有两个形成机理提出了hydroth -ermal反应19。一个是解散和recrystalli -了机制,通过dissolu微晶形式-优化的前兆随后再结晶从过饱和溶液。其他的形成机制在原地转型过程中,非晶态吗结晶成多晶颗粒的前兆除去结构水。形成机械-岩体的bi2 O 3单晶也许属于解散和再结晶过程。前身本研究使用的是沉淀包含铋阳离子。当氢氧化钠作为矿化剂,前身是溶解在碱溶液中在高温高压条件。在适宜的工艺条件下的热液治疗,非晶相形成首先。这个非晶是一个中间阶段结晶Bi 2 O 3阶段。众所周知,非晶相,一般来说,应该有更高的自由能比结晶相对于相同的化学组成。此外,强碱哦赞成bi o bi桥梁的形成之间的非桥接结构中羟基的解决方案20。随着反应温度和/或时间增加,晶体-线Bi2 O 3粒子构成的处理间。成核、降水、脱水和增长的牺牲再溶解的无定形由于他们的更高的自由能比水晶阶段的Bi 2 O 3,对应高溶解度在相同的媒体。因为热液反应发生在一个均匀系统,晶体生长的习惯可能好的体现。也就是说,各向异性的粒子结晶使粒子生长沿着优惠方向,和水晶飞机与高能源倾向能够快速生长。因此,水热氛围增长的青睐Bi2 O 3submicror