本发明专利技术公开一种含铋半导体纳米材料的制备方法。该方法是利用溶胶-凝胶法制备铋掺杂二氧化钛纳米颗粒，然后采用水热法制备碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管，最后超声波微波协同组合效应切断碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管。本发明专利技术方法采用超声波微波协同组合效应对碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管进行切断，获得的碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管长度均匀，长度最短可达到20nm。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。该方法是利用溶胶-凝胶法制备铋掺杂二氧化钛纳米颗粒，然后采用水热法制备碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管，最后超声波微波协同组合效应切断碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管。本专利技术方法采用超声波微波协同组合效应对碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管进行切断，获得的碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管长度均匀，长度最短可达到20nm。【专利说明】
本专利技术属于化学复合材料
，涉及， 具体是一种碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管的制备方法。
技术介绍
具有大的比表面积、中空孔道和层状等结构特征的钛酸纳米管是一种重要的无机 功能半导体纳米材料，具有良好的光电、光敏、气敏、压敏等特性，广泛地用作环境污水光催 化降解处理、各种传感器、太阳能电池、生物体植人材料等方面。钛酸纳米管的表面通常 会带负电荷，这也使钛酸纳米管成为固定催化剂粒子的良好基底或载体。一种通常制备 钛酸纳米管的简单方法是将二氧化钛纳米粉体在强碱中进行水热反应，产物经稀酸离子 交换可以得到钛酸纳米管，获得的钛酸纳米管管径很小约为10纳米，但纳米管产品的长 度很长，纳米管的中空孔道由于输运障碍不能充分利用，有时无序缭绕难以分散，这对它 们的应用带来很大的限制。同时钛酸纳米管材料的禁带能级为3.3 eV，只能被波长小于 387. 5nm的紫外光和近紫外光所激发，而紫外光仅占太阳光的5%，太阳能中含有的45%可 见光无法利用。为了提高可见光的利用率，通常采用元素掺杂技术降低钛酸纳米管材料 的禁带宽度，扩大光谱响应范围。Cheng-Ching Hu等以尿素为氮源采用水热方法获得了氮掺杂钛酸纳米管并有很好的 光催化性能。宋旭春制备了不同过渡金属离子掺杂的钛酸纳米管，其中过渡金属离子取代 的是层间的Na+或H+，而并非取代钛酸晶格中的Ti 4+'。获得的Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu过渡金属 离子掺杂钛酸纳米管的光催化活性都有提高。V.C. Ferreira 以Co惨杂二氧化钦粉为 前驱体，采用水热方法获得了 Co掺杂钛酸纳米管，其中Co元素取代了钛酸晶格中的Ti4+， 这些Co掺杂钛酸纳米管在可见光区呈现强的吸收峰。但这些掺杂钛酸纳米管都属于单一 元素掺杂，并且获得的钛酸纳米管的长度恨长。长度均匀、多元掺杂钛酸纳米短管不仅由于 掺杂能降低禁带宽度提高可见光的利用率，同时由于短的长度能减小其中空孔道的输运障 碍使中空孔道得到充分利用，在环境水处理方面无疑具有更广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种含铋半导体纳米材料的制备方 法，具体是一种碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管的制备方法。 本专利技术方法包括以下步骤： 步骤（1).溶胶-凝胶法制备铋掺杂二氧化钛纳米颗粒： 1-1.将体积份数为10份的钛酸酯加入到体积份数为20?30份的无水乙醇中，搅拌均 匀形成钛酸酯醇溶液； 所述的钛酸酯为钛酸丁酯、钛酸异丙酯或钛酸乙酯中的一种； 1-2.将铋盐加入到体积份数为5?10份的聚乙二醇-200中，溶解形成铋盐溶液；其 中铋盐与步骤1-1中钛酸酯的摩尔体积比为0. 03?0. 3 :10,单位为mM/mL ; 所述的铋盐为硝酸铋、氯化铋或醋酸铋中的一种； 1-3.将体积份数为1?2份的硝酸、体积份数为2?4份的去离子水、体积份数为20 份的无水乙醇搅拌均匀，形成酸性溶液； 1-4.将步骤1-2得到的铋盐溶液与步骤1-1得到的钛酸酯醇溶液搅拌混合均匀，然后 滴加步骤1-3得到的酸性溶液，常温下进行搅拌2?5小时，形成凝胶，然后再陈化20?40 小时；将陈化的凝胶在真空干燥箱中烘干去除乙醇和水分，经醇洗、水洗、干燥、粉碎后在马 弗炉中500?600°C下进行煅烧4?6小时，得到铋掺杂二氧化钛纳米颗粒； 步骤（2).采用水热法制备碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将铋掺杂二氧化钛纳米颗粒、蔗糖、稀土化合物加入到装有强碱溶液的塑料容器中搅 拌分散，得到混合液；其中铋掺杂二氧化钛颗粒、蔗糖、稀土化合物和强碱溶液的重量体积 比为2?5g :0. 01?0. 05g :0. 01?0. 05g :100mL ;然后将混合液转入内衬聚四氟乙烯材料 的不锈钢反应釜中进行反应，反应温度为100?140°C，反应时间15?30小时；反应结束 后冷却至常温，过滤取沉淀物，用0. 1M的稀硝酸水溶液洗涤，再用去离子水洗涤，然后置于 真空干燥箱中烘干、粉碎得碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管； 所述的稀土化合物为氯化镧、硝酸镧、氯化铈、硝酸铈中的一种； 所述的强碱溶液为氢氧化钠水溶液，浓度为8?15M ; 步骤（3).超声波微波协同组合效应切断碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管分散在水溶液中，然后置于超声波微波组合反应 仪中常温下进行切断处理，沉淀分离、干燥得到碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管；其中 每100mL水溶液分散有2?5g硫、稀土、秘元素共掺杂钛酸纳米管； 所述的超声波微波组合反应仪条件为：超声波频率为25KHz，超声功率控制范围为 10?100W ;微波频率为2450MHz，微波功率控制范围为10?100W ;处理工作时间为1?5 分钟。 本专利技术方法采用超声波微波协同组合效应对碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管 进行切断，获得的碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管长度均匀，长度最短可达到20nm。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的分析。 实施例1. 步骤（1).溶胶-凝胶法制备铋掺杂二氧化钛纳米颗粒： 1-1.将10 mL钛酸丁酯加入到20 mL无水乙醇中，搅拌均匀形成30 mL钛酸丁酯醇溶 液； 1-2.将0. 03mM硝酸铋加入到5mL聚乙二醇-200中，溶解形成硝酸铋溶液； 1-3.将lmL硝酸、2mL去离子水、20 mL无水乙醇搅拌均勻，形成23mL酸性溶液； 1-4.将步骤1-2得到的硝酸铋溶液与步骤1-1得到的钛酸丁酯醇溶液搅拌混合均匀， 然后滴加步骤1-3得到的酸性溶液，常温下搅拌2小时，形成凝胶，然后再陈化20小时；将 陈化的凝胶在真空干燥箱中烘干去除乙醇和水分，经醇洗、水洗、干燥、粉碎后在马弗炉中 500°C下煅烧6小时，得到铋掺杂二氧化钛纳米颗粒； 步骤（2).采用水热法制备碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将2g铋掺杂二氧化钛纳米颗粒、0. Olg蔗糖、0. Olg氯化镧加入到装有100mL 8M氢氧 化钠水溶液的塑料容器中搅拌分散，得到混合液；然后将混合液转入内衬聚四氟乙烯材料 的不锈钢反应荃中进行反应，反应温度为l〇(TC,反应时间30小时；反应结束后冷却至常 温，过滤取沉淀物，用0. 1M的稀硝酸水溶液洗涤，再用去离子水洗涤，然后置于真空干燥箱 中烘干、粉碎得碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管； 步骤（3).超声波微波协同组合效应切断碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将步骤（2)得到的2g碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管分散在100mL水溶液中，然后 置于超声波微波组合反应仪中常温下进行切断处理，超声波微波组合反应仪条件为：超声 波频率为25KHz，超声功率控制范围为10W，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含铋半导体纳米材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1).溶胶‑凝胶法制备铋掺杂二氧化钛纳米颗粒：1‑1.将体积份数为10份的钛酸酯加入到体积份数为20～30份的无水乙醇中，搅拌均匀形成钛酸酯醇溶液；1‑2.将铋盐加入到体积份数为5～10份的聚乙二醇‑200中，溶解形成铋盐溶液；其中铋盐与步骤1‑1中钛酸酯的摩尔体积比为0.03～0.3：10，单位为mM/mL；1‑3.将体积份数为1～2份的硝酸、体积份数为2～4份的去离子水、体积份数为20份的无水乙醇搅拌均匀，形成酸性溶液；1‑4.将步骤1‑2得到的铋盐溶液与步骤1‑1得到的钛酸酯醇溶液搅拌混合均匀，然后滴加步骤1‑3得到的酸性溶液，常温下进行搅拌2～5小时，形成凝胶，然后再陈化20～40小时；将陈化的凝胶在真空干燥箱中烘干去除乙醇和水分，经醇洗、水洗、干燥、粉碎后在马弗炉中500～600℃下进行煅烧4～6小时，得到铋掺杂二氧化钛纳米颗粒； 步骤(2).采用水热法制备碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将铋掺杂二氧化钛纳米颗粒、蔗糖、稀土化合物加入到装有强碱溶液的塑料容器中搅拌分散，得到混合液；其中铋掺杂二氧化钛颗粒、蔗糖、稀土化合物和强碱溶液的重量体积比为2～5g：0.01～0.05g：0.01～0.05g：100mL；然后将混合液转入内衬聚四氟乙烯材料的不锈钢反应釜中进行反应，反应温度为100～140℃，反应时间15～30小时；反应结束后冷却至常温，过滤取沉淀物，用0.1M的稀硝酸水溶液洗涤，再用去离子水洗涤，然后置于真空干燥箱中烘干、粉碎得碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管； 步骤(3).超声波微波协同组合效应切断碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管： 将碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管分散在水溶液中，然后置于超声波微波组合反应仪中常温下进行切断处理，沉淀分离、干燥得到碳、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米短管；其中每100mL水溶液分散有2～5g硫、稀土、铋元素共掺杂钛酸纳米管。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁求理，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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