一种激光原位制备Bi2O3纳米管的方法

本发明纳米材料和能源科学，具体的涉及一种激光原位制备bi2o3纳米管的方法。

背景技术：

1、在过去的几十年里，纳米技术和纳米科学得到了迅速的发展，并在几乎所有与能源相关的领域得到了广泛的应用。然而，纳米材料制造的进步仍然面临许多挑战。传统的纳米材料合成策略往往耗时耗力，且可控性不佳。液相脉冲激光辐照作为一种新兴的技术，在纳米材料的制备、改性和加工等方面取得了重大进展。与传统的热处理技术不同，激光辐照合成是基于脉冲激光束诱导的光热效应，在指定位置产生具有良好可控性的有限飙升温度范围，激光辐照后快速冷却。引人注目的是，热效应可以很容易地通过应用激光参数，包括频率，脉冲宽度和激光强度来调节，涉及时间短，光热效应位点特异，可以快速获得低能耗的纳米材料。快速的加热和冷却速率可以产生特定的反应条件，精确地调节合成材料的特定表面/界面和微观结构。

2、液体环境不仅为激光辐照合成提供了一些高度可控的参数，而且对激光诱导纳米材料的形貌和微观结构也有很大的影响。利用液相脉冲激光加工制备可以纳米材料进行精细的尺寸调节，但通常形貌为纳米颗粒。一维纳米材料具有高长径比和大比表面积的优势，可以使电子和离子定向运输。然而，目前只能通过光诱导法、溶剂热法和模板辅助法(nature communications(2019)10:2807；j.mater.chem.a,2019,7,1424–1428)等方法合成一维bi2o3，已报道的长径比有13.3，100，50等，对bi2o3的性能局限性大，如电学性能不足等。因此，可控合成更高长径比的一维bi2o3然具有挑战性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供了一种激光原位制备bi2o3纳米管的方法，利用液相脉冲激光辐照技术原位制备bi2o3(三氧化二铋)纳米管，为离子/电子提供了定向且快速的传导路径，促进了离子的快速扩散和电荷转移。

2、为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、本发明的目的是提供一种激光原位制备bi2o3纳米管的方法，包括以下步骤：

4、将金属铋源浸入在表面活性剂溶液中形成混合液，将混合液进行液相脉冲激光辐照，辐照通量为354-1238mj·pulse-1·cm-2，激光辐照过程中，表面活性剂形成胶束调控氧化铋组装成管状，得到的bi2o3纳米管分散液，抽滤、洗涤和干燥得到bi2o3纳米管；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或tx-100。

5、进一步的，表面活性剂为浓度为0.1-5mg·ml-1的十六烷基三甲基溴化铵或tx-100的水溶液。

6、进一步的，表面活性剂为浓度为2mg·ml-1的十六烷基三甲基溴化铵或tx-100的水溶液。

7、进一步的，激光辐照的时间为10-120s。

8、进一步的，所述激光的通量为973mj·pulse-1·cm-2，激光辐照的时间为60s。

9、进一步的，金属铋源为bi片或氧化铋。

10、进一步的，当金属铋源为bi片时，bi片和表面活性剂溶液的用量比为1cm*1cm*1mm：5ml；当金属铋源为氧化铋时，氧化铋和表面活性剂溶液的用量比为2.5g：5ml。

11、进一步的，液相脉冲激光辐照过程中，激光波长为1064nm。

12、进一步的，激光辐照的脉冲宽度为10ns，重复频率为10hz。

13、进一步的，在激光辐照的过程中，同时采用超声处理，持续作用使其均匀分散。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、(1)本发明将bi片加入表面活性剂溶液中，利用液相脉冲激光辐照技术，采用nd：yag激光进行辐照，在高温高压的条件下，熔融的bi会与水反应形成bi2o3(氧化铋)，即2bi+3h2o→bi2o3+3h2，在激光辐照的过程中，同步引入十六烷基三甲基溴化铵或tx-100可以将反应物分子包裹在其中，从而使反应活性部位暴露在表面上，能够促进bi与水发生氧化，形成全部的氧化铋。其次，十六烷基三甲基溴化铵或tx-100胶束的形成使bi与水反应的反应物bi2o3或bi2o3粉末组装成管状，通过调节脉冲激光辐照过程中激光通量、辐照时间和十六烷基三甲基溴化铵或tx-100溶液的浓度，调控bi2o3纳米管的形貌，简单且快速的实现了bi2o3米管的可控制备；所制得的bi2o3纳米管，为离子/电子提供了定向且快速的传导路径，促进了离子的快速扩散和电荷转移，在新能源等领域拥有广泛的应用前。

16、(2)与传统方法相比，本发明方法简便、快速且可重复性高，所制得的bi2o3纳米管长径比达208，可以使电子和离子定向运输，在新能源等领域拥有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，表面活性剂为浓度为0.1-5mg·ml-1的十六烷基三甲基溴化铵或tx-100的水溶液。

3.根据权利要求2所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，表面活性剂为浓度为2mg·ml-1的十六烷基三甲基溴化铵或tx-100的水溶液。

4.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，激光辐照的时间为10-120s。

5.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，所述激光的通量为973mj·pulse-1·cm-2，激光辐照的时间为60s。

6.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，金属铋源为bi片或氧化铋。

7.根据权利要求6所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，当金属铋源为bi片时，bi片和表面活性剂溶液的用量比为1cm*1cm*1mm：5ml；当金属铋源为氧化铋时，氧化铋和表面活性剂溶液的用量比为2.5g：5ml。

8.根据权利要求1所述所说的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，液相脉冲激光辐照过程中，激光波长为1064nm。

9.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，激光辐照的脉冲宽度为10ns，重复频率为10hz。

10.根据权利要求1所述的激光原位制备bi2o3纳米管的方法，其特征在于，在激光辐照的过程中，同时采用超声处理，持续作用使其均匀分散。

技术总结本发明公开了一种激光原位制备Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米管的方法，属于纳米材料和能源科学技术领域。将金属铋源浸入在表面活性剂溶液中形成混合液，将混合液进行液相脉冲激光辐照，辐照通量为354‑1238mJ·pulse<supgt;‑1</supgt;·cm<supgt;‑2</supgt;得到Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米管；表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或TX‑100。本发明利用液相脉冲激光辐照技术，熔融的Bi会与水反应形成Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，同步引入表面活性剂可以将反应物分子包裹在其中，从而使反应活性部位暴露在表面上，能够促进Bi与水发生氧化，表面活性剂胶束的形成使Bi<subgt;2</subgt;O组装成管状，所制得的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米管，为离子/电子提供了定向且快速的传导路径，促进了离子的快速扩散和电荷转移。技术研发人员：王洪强,苏延霞,方志宇,张谨博,徐飞受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17