一种原位生成硫化铋/蒙脱石插层复合材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种原位生成硫化铋/蒙脱石插层复合材料的制备方法，以无水硝酸铋和硫脲为原料，将其溶解后，向其中加入钠基蒙脱石，搅拌均匀，然后确保溶液中无铋离子后，离心出沉淀物，将沉淀物微波处理，最后离心、洗涤、烘干即可。本发明利用铋的阳离子行络合物作为硫化铋的前驱体，能使铋最大限度的进入到蒙脱石层间；本发明利用蒙脱石的特性，可以化学吸附阳离子，从而使阳离子能规则的排列，所以微波辐射加热后，硫化铋也会规则的排列在蒙脱石层间。本发明方法可以使得纳米硫化铋均匀的分散。由于蒙脱石（001）晶面起到了，限制硫化铋生长的作用，所以生成的纳米硫化铋有特定的形状。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒙脱石插层材料的制备，特别涉及一种原位生成硫化铋/蒙 脱石插层复合材料的制备方法。

背景技术

插层材料通过其本体所固有的物理特征，为所需要插入的物质提供了特殊 的物理空间，由此而产生了不同于插入物质本体的物理和化学特性。插层材料 随着近年来的发展，广泛的应用于电学、光学、磁学、药物缓释和催化剂等领 域。目前，纳米粒子插层复合材料的制备方法主要有三种：①纳米粒子直接插 层法；②纳米粒子原位生成插层法；③剥离重组插层法。

纳米粒子原位生成插层法是把纳米粒子的前驱体插入材料层间，然后在适 当的条件下把前驱体进行处理，在层状空间内就地生成纳米粒子。由于层状空 间的限域效应，用这种方法生成的纳米粒子通常具有粒径均匀、无团聚、分散 性好等特征。同时，由于层状材料的阻隔和屏蔽效应，负载于片层间的纳米粒 子的热稳定性显著增强，从而能更好的发挥其独特性能。

铋离子作为边界金属离子，有很强的配位趋势，能与硫脲溶液络合生成 [Bi(NH₂)₂CS)₃]³⁺阳离子，并且此络合阳离子在高温下可以分解成Bi₂S₃晶体。因 此[Bi(NH₂)₂CS)₃]³⁺阳离子为引进Bi₂S₃到阳离子型插层化合物层间提供了先决条 件。

蒙脱石属于典型的阳离子型层状化合物，是由两层硅氧四面体与其间的铝 氧八面体晶片相结合形成2：1型的层状硅酸盐。

目前，在蒙脱石中引入化合物半导体的报道较少。Nithima Khaorapapong等， 在蒙脱石中插入了ZnO纳米颗粒；Yuan Cheng Cao,制备CdTe半导体量子点与 蒙脱石的混合物。至今为止，利用原位生成法，在蒙脱石层间引入纳米Bi₂S₃半 导体量子点还未见报道。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种原位生成硫化铋/蒙脱石插层复 合材料的制备方法，。

为实现上述目的，本发明提供了一种原位生成硫化铋/蒙脱石插层复合材料 的制备方法，以无水硝酸铋和硫脲为原料，将其溶解后，向其中加入钠基蒙脱 石，搅拌均匀，然后确保溶液中无铋离子后，离心出沉淀物，将沉淀物微波处 理，最后离心、洗涤、烘干即可。

作为本发明的优选实施例，所述无水硝酸铋和硫脲的质量比为3:1；

作为本发明的优选实施例，所述无水硝酸铋和硫脲分别采用乙二醇溶解；

作为本发明的优选实施例，所述搅拌采用磁力搅拌；

作为本发明的优选实施例，所述确保无铋离子的方法为：将溶液用乙二醇 洗涤数次，然后用硫脲溶液检测；

作为本发明的优选实施例，所述微波处理之前，首先将沉淀物分散到乙二 醇溶液中；

作为本发明的优选实施例，所述烘干温度为50℃。

本发明一种原位生成硫化铋/蒙脱石插层复合材料的制备方法至少具有以下 优点：①利用铋的阳离子行络合物作为硫化铋的前驱体，能使铋最大限度的进 入到蒙脱石层间。②利用蒙脱石的特性，可以化学吸附阳离子，从而使阳离子 能规则的排列，所以微波辐射加热后，硫化铋也会规则的排列在蒙脱石层间。 ③此方法，可以使得纳米硫化铋均匀的分散。④由于蒙脱石（001）晶面起到了， 限制硫化铋生长的作用，所以生成的纳米硫化铋有特定的形状。

附图说明

图1是硫化铋、蒙脱石和硫化铋/钠基蒙脱石复合材料的XRD图；

图2是硫化铋/蒙脱石插层复合材料的SEM图；

图3是硫化铋/蒙脱石插层复合材料的EDS图；

图4是硫化铋和硫化铋/蒙脱石插层复合材料的荧光谱图。

具体实施方式

本发明的目的是制备出[Bi(NH₂)₂CS)₃]³⁺阳离子插层化合物，在微波的辅 助下原位生成纳米硫化铋/蒙脱石插层复合材料。

本发明需要解决的技术问题是：①前驱体的制备②采用何种手段给前驱体 升温。

为了解决上述问题，本发明寻找到能与铋络合形成阳离子型络合物 （[Bi(NH₂)₂CS)₃]³⁺）的有机物硫脲，利用蒙脱石层间带负电的特性，应用溶液 插层法很容易的将此络合阳离子引入到蒙脱石层间，来解决制备纳米硫化铋/蒙 脱石插层材料的前驱体的问题。再次，将前驱体分散到溶液中，应用微波辐射 提高溶液的温度，将络合阳离子转变成纳米硫化铋，从而规则的分布在蒙脱石 层间。

本发明制备方法包括以下步骤：

1、按质量比为8:5-3:1的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在乙二 醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入钠基蒙脱石，用磁力搅拌器搅拌24h～ 36h，蒙脱石加入量按溶液体积：蒙脱石质量为50ml：2.5g。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波3-5min，微波的功率为800W。

5、取出悬浊液，洗涤、离心数次，得到沉淀物。

6、在50~100℃烘干沉淀，得到样品。

下面结合具体实施例对本发明方法做详细阐述：

实施例1

1、按质量比为8:5的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在25ml 的乙二醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入50ml：2.5g钠基蒙脱石，用磁力搅拌 器搅拌24h直至搅拌均匀。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波3-5min，功率为800W。

5、取出悬浊液，离心、洗涤数次，得到沉淀物。

6、在50℃烘干沉淀，得到样品。

实施例2

1、按质量比为2:1的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在25ml 乙二醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入50ml：2.5g钠基蒙脱石，用磁力搅拌 器搅拌24h。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波3min，功率为800W。

5、取出悬浊液，离心、洗涤数次，得到沉淀物。

6、在100℃烘干沉淀，得到样品。

实施例3

1、按质量比为3:1的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在25ml 乙二醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入50ml：2.5g钠基蒙脱石，用磁力搅拌 器搅拌24h。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波5min，功率800W。

5、取出悬浊液，离心、洗涤数次，得到沉淀物。

6、在70℃烘干沉淀，得到样品。

实施例4

1、按质量比为3:1的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在25ml 乙二醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入50ml：2.5g钠基蒙脱石，用磁力搅拌 器搅拌12h。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波4min，功率为800W。

5、取出悬浊液，离心、洗涤数次，得到沉淀物。

6、在100℃烘干沉淀，得到样品。

实施例5

1、按质量比为3:1的比例称取五水硝酸铋和硫脲，将其分别溶解在25ml 乙二醇中。

2、混合五水硝酸铋与硫脲溶液，加入50ml：2.5g钠基蒙脱石，用磁力搅拌 器搅拌36h。

3、用乙二醇洗涤数次，用硫脲溶液检测，确定溶液中无铋离子，再离心取 出沉淀。

4、将沉淀再次分散到乙二醇溶液中，微波5min，功率800W。

5、取出悬浊液，离心、洗涤数次，得到沉淀物。

6、在80℃烘干沉淀，得到样品。

请参阅图1所示，从图中可以看到，插层后的蒙脱石在10-20°之间出现了 2个衍射峰，是由纳米硫化铋粒子所引起的。

请参阅图2和图3所示，从图中可以看到蒙脱石的层状结构，保持完整。

请参阅图4所示，从图中可以看到，硫化铋插层蒙脱石后的复合材料也能 在同样的位置出现荧光，可以证明硫化铋插入了蒙脱石层间。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领 域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的 变换，均为本发明的权利要求所涵盖。