一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法。它是首先通过溶液配制，得到含蒸馏水/无水乙醇体积比为1/1~3，溶液中的Bi/Cu原子比为2/0.75~1.25的前驱液；接着，往该前驱液中加入适量碱，直至前驱液产生深蓝色絮状物为止；之后，在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16 h；最后，清洗反应所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料。该方法具有操作简单，产物应用广泛的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法
本专利技术涉及无机胶体材料合成领域，具体涉及一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法。
技术介绍
胶体材料具有独特的结构和丰富的功能基团，在环境净化、能源催化等领域具有广泛的应用前景。CuBi2O4是一种典型的P型半导体，具有较小的带隙(约2.0eV)，可以吸收大量的可见光进行光催化反应，是一类极具应用前景的半导体功能材料。目前，CuBi2O4主要以两种形态应用于光催化领域：一是CuBi2O4粉体材料，二是CuBi2O4薄膜材料。需要指出的是，CuBi2O4粉体和薄膜的表面功能基团稀少，在光催化反应中与作用对象(例如，染料污染物，重金属离子，有害气体)的界面相互作用力有限，催化活性有限。另一方面，大量研究发现，相比于CuBi2O4，CuO-CuBi2O4、Bi2O3-CuBi2O4等复合光催化材料具有较好的催化活性。但是，以CuBi2O4粉体和薄膜为基础，合成此类复合光催化材料时，需要分别合成两种材料，再进行复合构建，操作复杂繁琐。CuBi2O4基胶体材料具有独特的孔洞结构和丰富的亲水功能基团，可以有效地克服CuBi2O4粉体和薄膜材料与光催化对象作用力较弱的问题，同时具有较高的光催化活性。然而当前，还没有简单合成CuBi2O4基胶体材料的方法报道，发展相关合成方法技术具有重要意义。
技术实现思路
针对当前缺乏简便合成CuBi2O4基胶体材料方法的现状，本专利技术提出了一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法，以实现简便合成CuBi2O4基功能胶体材料的目的。本专利技术主要原理及依据是：Cu2+和Bi3+在碱性溶液中会水解生成Cu(OH)2和Bi(OH)3胶体，在制备CuBi2O4过程中，通过控制溶液的pH值和水的含量可以使Cu2+和Bi3+水解形成Cu(OH)2/Bi(OH)3复合胶体，该复合胶体在高压反应釜中进行脱水反应，逐渐生成CuBi2O4胶体材料。此外，进一步调整溶液的pH值和Cu2+/Bi3+比例，通过类似的反应过程，可以获得CuO-CuBi2O4和Bi2O3-CuBi2O4复合胶体材料。本专利技术总的技术方案是：一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法，主要通过反应溶液配制，溶剂热反应条件控制，以及产物后处理等3个主要步骤得以实现的，具体如下：A、反应溶液配制：首先，将Bi(NO3)3、BiCl3等铋盐溶解于蒸馏水配置成0.005~1.00mol/L的铋盐溶液；将CuSO4、CuCl2等铜盐溶解于蒸馏水中，配置成0.005~1.00mol/L的铜盐溶液；将NaOH、KOH等碱溶解于蒸馏水中，配制成0.1~5.0mol/L的碱溶液；接着将蒸馏水/无水乙醇按照体积比1/1~3，铋盐溶液和铜盐溶液按Bi/Cu原子比2/0.75~1.25均匀混合；最后在搅拌条件下往该混合溶液中滴加碱溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止；B、溶剂热反应条件控制：将所得的含深蓝色絮状物混合溶液转移至水热反应釜中，在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16h；C、产物后处理：反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别清洗所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料。本专利技术方法所述的通过溶液配制，得到含蒸馏水/无水乙醇体积比为1/1~3，溶液中的Bi/Cu原子比为2/0.75~1.25的前驱液，是指将铋盐和铜盐溶解于蒸馏水和无水乙醇混合溶剂中，配置成前驱液；所述的往该前驱液中加入碱直至前驱液产生深蓝色絮状物为止，是指在搅拌条件下，逐渐滴加0.1~5.0mol/L的NaOH或KOH溶液到前驱液中，直到产生深蓝色絮状物为止；所述的在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16h，是指将前驱液转移到反应釜中，在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16h；所述的清洗反应所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料，是指利用无水乙醇和蒸馏水清洗果冻状的反应产物，得到成分为CuBi2O4、CuO-CuBi2O4或Bi2O3-CuBi2O4的胶体材料。通过该方法可以简便地合成CuBi2O4胶体、CuO-CuBi2O4复合胶体、Bi2O3-CuBi2O4复合胶体等功能胶体材料。本专利技术方法工艺简单，效果良好，产品用途广泛。附图说明下面结合附图和实施实例对本专利技术做进一步的描述：图1为本专利技术合成的CuBi2O4基胶体材料的过程示意图；图2为实施实例1中合成的CuBi2O4胶体材料实物照片；图3为实施实例2中合成的CuO-CuBi2O4复合胶体材料的XRD图；图4为实施实例3中合成的Bi2O3-CuBi2O4复合胶体材料的SEM图；图5为实施实例4中合成的CuBi2O4胶体材料的SEM图。具体实施方式下面通过具体的实例进一步说明本专利技术的实施方式：A、反应溶液配制：首先，将Bi(NO3)3、BiCl3等铋盐溶解于蒸馏水中，配置成0.01mol/L的铋盐溶液；将CuSO4、CuCl2等铜盐溶解于蒸馏水中，配置成0.005mol/L的铜盐溶液；将NaOH、KOH等碱溶解于蒸馏水中，配制成1.0mol/L的碱溶液。接着，将蒸馏水/无水乙醇按照体积比1/1，铋盐溶液和铜盐溶液按Bi/Cu原子比2/1均匀混合；接着，将可溶性铜盐(硫酸铜或氯化铜)溶解于蒸馏水中，配置成0.1mol/L的铜盐溶液；最后，在搅拌条件下往该混合溶液中滴加1.0mol/L的碱溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止。B、溶剂热反应条件控制：将所得的含深蓝色絮状物混合溶液转移至水热反应釜中，在180℃条件下进行溶剂热反应8h。C、产物后处理：反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别清洗所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料。实施例1：称取24.2535gBi(NO3)3·5H2O溶解于500mL蒸馏水中，配置成0.1mol/L的Bi(NO3)3溶液；称取6.2420gCuSO4·5H2O溶解于500mL蒸馏水中，配置成0.05mol/L的CuSO4溶液；称取4.0gNaOH溶解于100mL蒸馏水中，配置成1.0mol/L的NaOH碱溶液；接着，取水和无水乙醇各取500mL，Bi(NO3)3溶液和CuSO4溶液各取500mL，四种溶液均匀混合；最后，在搅拌条件下往该混合溶液中滴加1.0mol/L的NaOH碱溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止。将所得的含深蓝色絮状物的混合溶液转移至3L水热反应釜中，在180℃条件下进行溶剂热反应8h。反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别清洗所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4胶体功能材料。实施例2：称取6.3068gBiCl3溶解于200mL蒸馏水中，配置成0.1mol/L的BiCl3溶液；称取1.7048gCuCl2溶解于200mL蒸馏水中，配置成0.05mol/L的CuCl2溶液；称取11.222gKOH溶解于100mL蒸馏水中，配置成2mol/L的KOH溶液。接着，取蒸馏水150mL，无水乙醇200mL，BiCl3溶液180mL，CuCl2溶液200mL，四种溶液均匀混合；最后，在搅拌条件下往该混合溶液中滴加KOH溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止。将所得的含深蓝色絮状物的混合溶液转移至1.5L水热反应釜中，在120℃条件下进行溶剂热反应16h。反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法，其特征在于：依次包括如下步骤：A、反应溶液配制：首先，将铋盐Bi(NO3)3或BiCl3溶解于蒸馏水中，配置成0.005~1.00 mol/L的铋盐溶液；将铜盐CuSO4或CuCl2溶解于蒸馏水中，配置成0.005~1.00 mol/L的铜盐溶液；将NaOH或KOH碱溶解于蒸馏水中，配制成0.1~5.0 mol/L的碱溶液；接着将蒸馏水/无水乙醇按照体积比1/1~3，铋盐溶液和铜盐溶液按Bi/Cu原子比2/0.75~1.25均匀混合；最后在搅拌条件下往该混合溶液中滴加碱溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止；B、溶剂热反应条件控制：将所得的含深蓝色絮状物混合溶液转移至水热反应釜中，在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16 h；C、产物后处理：反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别清洗所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料。

【技术特征摘要】
1.一种合成CuBi2O4基胶体材料的方法，其特征在于：依次包括如下步骤：A、反应溶液配制：首先，将铋盐Bi(NO3)3或BiCl3溶解于蒸馏水中，配置成0.005~1.00mol/L的铋盐溶液；将铜盐CuSO4或CuCl2溶解于蒸馏水中，配置成0.005~1.00mol/L的铜盐溶液；将NaOH或KOH碱溶解于蒸馏水中，配制成0.1~5.0mol/L的碱溶液；接着将蒸馏水/无水乙醇按照体积比1/1~3，铋盐溶液和铜盐溶液按Bi/Cu原子比2/0.75~1.25均匀混合；最后在搅拌条件下往该混合溶液中滴加碱溶液，直至混合溶液产生深蓝色絮状物为止；B、溶剂热反应条件控制：将所得的含深蓝色絮状物混合溶液转移至水热反应釜中，在120~200℃条件下进行溶剂热反应4~16h；C、产物后处理：反应后，利用无水乙醇和蒸馏水分别清洗所得的果冻状深棕色胶体，得到CuBi2O4基胶体功能材料。2.根据权利要求1所述的合成CuBi2O4基胶体材料的方法，其特征在于：所述的通过溶液配制，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：何辉超，黄吉，杨定明，杜谨言，周勇，董发勤，柯改利，王骏，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51