專利名稱：Bi納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Bi納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
重金屬元素，如Cr、Cd、Pb及Hg，已成為當(dāng)今社會中對人類健康威脅最嚴(yán)重的有害因素之一。建立快速、可靠、準(zhǔn)確的方法，對各類介質(zhì)中的重金屬離子進(jìn)行檢測，無論是在環(huán)境保護(hù)或者消費品安全監(jiān)控等方面，都顯得尤為重要。常用的重金屬元素檢測方法包括了硫腙顯色法及原子吸收光譜法，這兩種方法涉及的樣品前處理方法復(fù)雜，檢測過程成本較高，對儀器也有一定要求，其廣泛應(yīng)用，特別是針對特殊需要的現(xiàn)場檢測應(yīng)用受到了一定限制。溶出伏安分析作為一種理想的電化學(xué)分析方法，在近年來受到廣泛的關(guān)注，被大量應(yīng)用于無機(jī)物痕量檢測、有機(jī)物甚至DNA檢測。該方法的技術(shù)關(guān)鍵是工作電極的選擇。常規(guī)過程往往選擇Hg材料為工作電極，然而，考慮到環(huán)境友好性問題，此類材料可能會在分析過程中產(chǎn)生Hg或Hg2+廢物，對分析操作者乃至環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。一些新型電極在近年相繼見諸文獻(xiàn)報道，遺憾的是，這些新型電極的制備過程復(fù)雜，檢測重現(xiàn)性不穩(wěn)定，因而無法得到真正應(yīng)用。以金屬Bi單質(zhì)薄膜修飾玻碳電極，并將其用作溶出伏安分析法的工作電極，可對重金屬離子進(jìn)行檢測。此類電極在較寬的工作電勢范圍內(nèi)都表現(xiàn)出較高的靈敏度，且不會受到溶解氧的影響，在重金屬離子的痕量檢測中具有極高的應(yīng)用前景。制備Bi修飾電極的方法有很多，通常都需要經(jīng)歷一個以含Bi的電解液進(jìn)行前處理的過程。而采用Bi納米粒子對其進(jìn)行修飾可以省略這一前處理過程，又能獲得更大的電極活性表面，因此受到更多的關(guān)注。遺憾的是，此類研究因為缺乏高質(zhì)量的Bi納米結(jié)構(gòu)材料作為技術(shù)支持，而未得到廣泛的開展。用于合成Bi納米結(jié)構(gòu)的快速有效的新方法依然有待系統(tǒng)性研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高質(zhì)量的Bi納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明所提供的Bi納米結(jié)構(gòu)材料是六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料，其中，所述納米顆粒粒徑為50 lOOnm。本發(fā)明所提供的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，包括如下步驟將表面活性劑、水合胼和鉍鹽溶于水制備成懸濁液；將所述懸濁液在120 180°C條件下反應(yīng)2 10小時，離心得到所述球狀形貌Bi 單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，其中，所述Bi單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過洗滌和干燥處理。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，其中，所述表面活性劑、所述水合胼和所述鉍鹽的質(zhì)量比為50 (0.2 0.4) (1 2.5) (0. 3 0. 4)。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，其中，將所述懸濁液在140 160°C條件下反應(yīng)4 8小時。 本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，其中，所述洗滌處理的洗滌液為乙醇。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料制備方法，其中，所述表面活性劑為聚苯乙烯磺酸鈉。本發(fā)明的Bi納米結(jié)構(gòu)材料是六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌，納米顆粒粒徑為50 lOOnm，這樣的Bi納米結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量高，用來制備Bi修飾電極，所獲得的Bi修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進(jìn)行檢測，檢出限可達(dá)1 X 10_4g/L。


圖1為實施例1合成的Bi納米結(jié)構(gòu)材料的SEM照片。圖2為實施例2合成的Bi納米結(jié)構(gòu)材料的SEM照片。圖3為實施例3合成的Bi納米結(jié)構(gòu)材料的SEM照片。
具體實施例方式實施例1、制備Bi單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料0. 21g表面活性劑聚苯乙烯磺酸鈉溶于50g水中，在磁力攪拌器上攪拌0. 8小時， 完全溶解后，加入2g水合胼，攪拌0. 5小時，再將0. 3g硝酸鉍分散其中，攪拌0. 8小時。將所得白色懸濁液轉(zhuǎn)入容量為80mL的聚四氟乙烯襯里不銹鋼水熱反應(yīng)釜，密封后，放入烘箱，在140°C加熱8小時。反應(yīng)結(jié)束后，水熱反應(yīng)釜在室溫環(huán)境下靜置降溫。所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)入離心管，在轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心10分鐘；棄去沉淀，將上層懸濁液轉(zhuǎn)入離心管， 在轉(zhuǎn)速為9000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心15分鐘，棄去上層液體。將離心所得產(chǎn)物以過量乙醇超聲清洗8分鐘，在轉(zhuǎn)速為9000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心10分鐘，棄去上層液體，重復(fù)洗滌1 次。將洗滌后的黑色固體產(chǎn)物轉(zhuǎn)入表面皿，于常溫通風(fēng)條件下干燥1天，獲得Bi納米結(jié)構(gòu)材料。Bi納米結(jié)構(gòu)材料經(jīng)XRD，激光粒度儀、SEM, TEM和EDX表征。表征結(jié)果如圖1(S4800 15. OKV 8. 6mmX22. OkSE(M，LA10))所示表明 Bi 納米結(jié)構(gòu)材料為六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌，粒徑約為90nm。本發(fā)明的Bi單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備Bi修飾電極，所獲得的Bi修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進(jìn)行檢測，檢出限可達(dá)ι χ 10_4g/L。實施例2、制備Bi納米結(jié)構(gòu)材料0. 30g表面活性劑聚苯乙烯磺酸鈉溶于50g水中，在磁力攪拌器上攪拌1小時，完全溶解后，加入1. 5g水合胼，攪拌0. 5小時，再將0. 35g硝酸鉍分散其中，攪拌1小時。將所得白色懸濁液轉(zhuǎn)入容量為SOmL的聚四氟乙烯襯里不銹鋼水熱反應(yīng)釜，密封后，放入烘箱， 在150°C加熱6小時。反應(yīng)結(jié)束后，水熱釜在室溫環(huán)境下靜置降溫。所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)入離心管， 在轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心12分鐘；棄去沉淀，將上層懸濁液轉(zhuǎn)入離心管，在轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心15分鐘，棄去上層液體。將離心所得產(chǎn)物以過量乙醇超聲清洗10分鐘，在轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心10分鐘，棄去上層液體，重復(fù)洗滌1次。將洗滌后的黑色固體產(chǎn)物轉(zhuǎn)入表面皿，于常溫通風(fēng)條件下干燥1天，獲得Bi納米結(jié)構(gòu)材料。Bi納米結(jié)構(gòu)材料經(jīng)XRD，激光粒度儀、SEM, TEM和EDX表征。表征結(jié)果如圖2(S4800 15. OKV 8. 6mmX22. OkSE(M，LA10))所示表明 Bi 納米結(jié)構(gòu)材料為六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌，粒徑約為80nm。本發(fā)明的Bi單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備Bi修飾電極，所獲得的Bi修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進(jìn)行檢測，檢出限可達(dá)ι χ 10_4g/L。實施例3、制備Bi納米結(jié)構(gòu)材料0. 4g表面活性劑聚苯乙烯磺酸鈉溶于50g水中，在磁力攪拌器上攪拌0. 8小時，完全溶解后，加入2g水合胼，攪拌1小時，再將0. 4g硝酸鉍分散其中，攪拌0. 5小時。將所得白色懸濁液轉(zhuǎn) 入容量為SOmL的聚四氟乙烯襯里不銹鋼水熱反應(yīng)釜，密封后，放入烘箱，在 160°C加熱4小時。反應(yīng)結(jié)束后，水熱釜在室溫環(huán)境下靜置降溫。所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)入離心管，在轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心15分鐘；棄去沉淀，將上層懸濁液轉(zhuǎn)入離心管，在轉(zhuǎn)速為 10000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心15分鐘，棄去上層液體。將離心所得產(chǎn)物以過量乙醇超聲清洗 10分鐘，在轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘條件下離心10分鐘，棄去上層液體，重復(fù)洗滌2次。將洗滌后的黑色固體產(chǎn)物轉(zhuǎn)入表面皿，于常溫通風(fēng)條件下干燥1天，獲得Bi納米結(jié)構(gòu)材料。Bi納米結(jié)構(gòu)材料經(jīng)XRD，激光粒度儀、SEM, TEM和EDX表征。表征結(jié)果如圖3(S4800 15. OKV 8. 6mmX22. OkSE(M，LA10))所示表明 Bi 納米結(jié)構(gòu)材料為六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌，粒徑約為60nm。本發(fā)明的Bi單質(zhì)納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備Bi修飾電極，所獲得的Bi修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進(jìn)行檢測，檢出限可達(dá)ι χ 10_4g/L。以上的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Bi納米結(jié)構(gòu)材料，是六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi納米結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述納米顆粒粒徑為50 IOOnm0
3.權(quán)利要求1或2所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟 將表面活性劑、水合胼和鉍鹽溶于水制備成懸濁液；將所述懸濁液在120 180°C條件下反應(yīng)2 10小時，離心得到所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過洗滌和干燥處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于所述水、所述表面活性劑、所述水合胼和所述鉍鹽的質(zhì)量比為50 (0.2 0.4) (1 2. 5) (0. 3 0. 4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于將所述懸濁液在140 160°C條件下反應(yīng)4 8小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述洗滌處理的洗滌液為乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述表面活性劑為聚苯乙烯磺酸鈉。
9.權(quán)利要求1或2所述的Bi納米結(jié)構(gòu)材料在制備Bi修飾電極中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Bi納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法與應(yīng)用。該Bi納米結(jié)構(gòu)材料是六方晶相Bi單質(zhì)納米顆粒，具有球狀形貌，顆粒粒徑為50～100nm。所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟將表面活性劑、水合肼和鉍鹽溶于水制備成懸濁液；將所述懸濁液在120～180℃條件下反應(yīng)2～10小時，離心得到所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料。所述Bi納米結(jié)構(gòu)材料可用來制備Bi修飾電極，所獲得的Bi修飾電極可對水溶液中的重金屬離子進(jìn)行檢測，檢出限可達(dá)1×10-4g/L。
文檔編號G01N27/30GK102211183SQ20101014185
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者盧曉靜, 席廣成, 李俊芳, 楊海峰, 王超, 白樺, 閆妍 申請人:中國檢驗檢疫科學(xué)研究院