一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，属于纳米纤维技术领域。所述方法包括如下步骤：配置前驱体纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)溶解于溶剂中，搅拌均匀后加入发泡剂并继续搅拌得前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液进行静电纺丝得到固态前驱体纤维；最后经煅烧处理即可得BiVO4全介孔纳米带材料。本发明专利技术通过调控原料成份，有效调控BiVO4全介孔纳米带的结构，且本发明专利技术调控BiVO4全介孔纳米带的方法简单可控，具有很好的重复性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，属于纳米纤维

技术介绍
钒酸铋(BiVO4)一维纳米材料因其具有无毒、化学稳点性好、及其特定的几何形态在构筑纳米电子器件领域担当重要的角色。全介孔结构的BiVO4纳米纤维在继承传统一维纳米材料优点的同时，又具备独特的高比表面积和大孔容性质，在催化、能源、传感、医疗等领域，具有更加广泛的应用价值。然而，从实际应用和商业化的角度考虑，全介孔结构的BiVO4纳米带仍然需要进一步优化调控，以求通过方便快捷的技术获得性能得到强化的BiVO4材料。近期研究报道表明，一维全介孔结构的BiVO4纳米材料具有低密度以及较大的比表面积等新颖特性，因而如果能够有效地在制备全介孔BiVO4带的同时，实现对全介孔一维纤维材料制备的调控，将协同提高BiVO4材料的渗透性和吸附性，作为催化剂如光催化剂等领域具有十分诱人的应用前景。纳米材料的研究能够契合到实际应用的重要基础之一是实现其材料的简便可控合成。基于上述可调控的全介孔结构的BiVO4纳米带的潜在的研究价值。目前国内外仍然没有介孔纳米带的制备方法。因此，实现全介孔结构的BiVO4纳米带的简便可控制备，依然面临着困难和挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设备和工艺简单可控，并具有很好的可重复性的调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，所述方法包括如下步骤：配置前驱体纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30，MW≈40000)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90，MW≈1300000)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)溶解于溶剂中，搅拌均匀后加入不同含量的偶氮二甲酸二异丙酯(发泡剂，DIPA)并继续搅拌得前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液进行静电纺丝得到固态前驱体纤维；将上述制得的固态前驱体纤维经煅烧处理，即可得BiVO4全介孔纳米带材料。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30，MW≈40000)与聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90，MW≈1300000)的质量比为2-4:1。在上述BiVO4纳米带材料的制备方法中，所述五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)的质量比为1.5-2.5:1。前驱体纺丝液的浓度主要是通过影响溶液粘度影响纤维的形貌及直径。若前驱体纺丝液的浓度过低，在静电纺丝中，溶液粘度极低，很难维持喷丝细流的连续性，不能形成稳定的流体，而形成了喷射液滴，因此得到呈不规则块状体纳米材料。若前驱体纺丝液的浓度过高，纳米材料有粗有细，分布不均匀，甚至出现粘结现象，其原因在于，聚合物分子之间相互作用开始影响聚合物链的运动，聚合物分子链相互缠结，若浓度继续增加，聚合物相互交穿，形成冻胶。高浓度的流体在针头迅速干燥以及聚合物形成冻胶引起的流体在针头流动的不稳定，难于维持喷丝细流，同时造成喷头粘连，使静电纺丝无法进行。因此，在配制前驱体纺丝液中，需要控制好各原料之间的质量关系，从而使前驱体纺丝液达到合适的浓度，进而形成很好纤维形貌，直径分布均匀的纳米纤维。本专利技术Bi(NO3)3·5H2O提供Bi源；VO(acac)2提供V源；同时添加不同比例分子质量的PVP(PVPK30和PVPK90，PVPK30为MW≈40000、PVPK90为MW≈1300000)，实现BiVO4纳米纤维到纳米带的制备，同时两种PVP都可调控纺丝液的粘度且将在煅烧处理的过程中分解完全挥发；本专利技术还添加有适量的发泡剂，发泡剂在煅烧处理的过程中释放出大量的气体从而实现对纤维基体造孔的目的。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇和冰醋酸的混合液。DMF作用为乙酰丙酮氧烷的溶剂；乙醇作用为五水合硝酸铋的溶剂；冰醋酸作为溶剂的同时，也为静电纺丝溶液提供了醋酸根离子以提高可纺性能，在纺丝的过程中，由于静电力的作用发泡剂均匀地分布于前驱体内部，经煅烧处理后分解挥发产生大量的气体(NO2、HO2、CO2等等)导致全介孔结构的形成；由于发泡剂含量的不同，最终形成不同内部结构的BiVO4全介孔纳米带材料。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，所述N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇和冰醋酸的质量比为4-6:4-6:4。作为优选，所述N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇和冰醋酸的质量比为5:5:4。在上述调控BiVO4全介孔纳米带的方法中，所述的发泡剂为偶氮二甲酸二异丙酯(DIPA)，发泡剂的添加量为占前驱体纺丝液总质量的3-15wt％。本专利技术纳米带采用发泡辅助静电纺丝法制成全介孔结构，其中DIPA作为发泡剂加入可实现纤维基体造孔的目的。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，所述静电纺丝的方法为：将前驱体纺丝液注入针管内，并置于微量注射泵上，金属针头作电纺丝阳极，锡箔或铁丝网作接收材料的阴极，在高压下进行静电纺丝，然后从锡箔或铁丝网上收集得到固态前驱体纤维。静电纺丝是一个简单、灵活的制备纤维技术，其基本原理为：在高压电场的作用下，悬于毛细管出口的前驱体纺丝液滴变形为泰勒锥。随着电场强度的进一步提高，当液滴表面由于所带电荷形成的静电排斥力超过其本身的表面张力时，在泰勒锥的顶端形成液体细流，带有电荷的液体细流在电场中流动，进一步受到拉伸作用，同时溶剂蒸发(或熔体冷却)，成为纤维并沉积在接收装置上，形成有机前驱体纤维材料。在静电纺丝过程中，影响纤维性能的电纺参数主要有：前驱体纺丝液的浓度、纺丝电压、阳极与阴极之间的距离和溶液流速等。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，静电纺丝中前驱体纺丝液注入针管内的注射速度为0.15-0.25mm/min，静电纺丝中所述阳极与阴极之间的距离为18cm-22cm，所述高压为10kV-13kV。在本专利技术中，如果静电纺丝的应用电压过高，会导致所制备的纳米带因为静电场力过大，使得纳米带的直径过大，而且会在接收极出现粘结的现象。如果阴极与阳极的距离较短，会导致纤维在形成到接收极的这个过程中由于溶剂不能及时挥发，同样的也会导致会在接收极出现粘结的现象。因此，综合各因素，本专利技术静电纺丝中阴极与阳极之间的距离为18cm-22cm，静电纺丝应用的电压为10kV-13kV。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，静电纺丝中所述从锡箔或铁丝网上收集得到固态前驱体纤维还需要进行干燥处理。进一步优选，所述干燥处理的温度为60-100℃。在上述调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法中，所述煅烧处理的温度为480-520℃，保温时间为0.4-2h。且为了提高BiVO4材料的结晶度，煅烧处理在空气气氛下进行。本专利技术由纳米纤维形成纳米带主要包括两个方面：原因一：前驱体溶液中，本专利技术添加了不同分子质量的PVP，分别为：PVPK30和PVPK90，且PVPK30与PVPK90的质量比为2-4:1，经过搅拌后PVPK30和PVPK90混合均匀。均匀透明的前驱体溶液进行静电纺丝，会分成两层，原因如下：在同等的静电纺丝条件下，保证相同的场强(E)、流速(Q)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：配置前驱体纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)溶解于溶剂中，搅拌均匀后加入发泡剂并继续搅拌得前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液进行静电纺丝得到固态前驱体纤维；将上述制得的固态前驱体纤维经煅烧处理，即可得BiVO4全介孔纳米带材料。

【技术特征摘要】
1.一种调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：配置前驱体纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)溶解于溶剂中，搅拌均匀后加入发泡剂并继续搅拌得前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液进行静电纺丝得到固态前驱体纤维；将上述制得的固态前驱体纤维经煅烧处理，即可得BiVO4全介孔纳米带材料。2.根据权利要求1所述的调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)与聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)的质量比为2-4:1。3.根据权利要求1所述的调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，所述五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)与乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)的质量比为1.5-2.5:1。4.根据权利要求1所述的调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，其特征在于，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇和冰醋酸的混合液。5.根据权利要求4所述的调控BiVO4全介孔纳米带材料的方法，其特征在于，所述N,N-二甲基甲酰胺(DM...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为佑，刘华兵，侯慧林，郑金桔，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33