CN100400423C - 稀土氧化物纳米管状结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，属无机纳米材料制备工艺技术领域。本发明利用碳纳米管为模板，将稀土硝酸盐水溶液均匀分散在含有碳纳米管的无水乙醇溶剂中，通过滴加氢氧化钠或氨水碱液，使稀土氧化物或氢氧化物沉积在碳纳米管的表面，然后在500～700℃温度下进行煅烧，并保温10～30分钟，以去除碳纳米管模板，即得到均一稳定的稀土氧化物纳米管。本发明工艺简单，条件易控，同时为其他无机纳米管材料的制备提供了共性技术，所得产物在光学、磁学、催化等领域具有潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，属无机纳米材料制备工艺技术领域。
背景技术
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。其中稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称之为新材料的“宝库”，是国内外料学家，尤其是不料专家最关注的一族元素。由于我国的稀土资源十分丰富，约占世界已探明储量的80％以上，工业储量为世界第一，为我国稀土工业发展提供了得天独厚的条件。
自从碳纳米管被发现以后，由于其独特的管状结构使其具有独特的电和力学性质，成为科学家研究的热点。物质的性能必然很大程度上取决于物质的结构，如果能得到如同碳纳米管结构的稀土氧化物的管状纳米结构，其结构的变化可能会引起其性能有很大的改变，因此具有重要的研究意义。
目前，国内外对稀土氧化物纳米管的制备方法，基本上采用水热法；该方面的参考文献有：(1)M.Yada et al.Adv.Mater.2004，16：1448-1453；(2)An-Wu Xu et al.Chem.Eur.J.2003，9：5627-5635。这些记载的方法，其要求的条件比较苛刻，合成压力高，反应时间长，重现性较差，产量较低，难以大量制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土氧化物纳米管状结构物及其制备方法。
本发明一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，其特征在于，以碳纳米管为模板，通过液相沉积，使稀土氧化物包覆在碳纳米管的表面，然后除去模板得到相应的稀土氧化物的纳米管；该方法具有以下工艺过程和步骤：
(a)碳纳米管的纯化处理：将碳纳米管放在硝酸溶液中于120℃温度下回流24小时，冷却后用去离子水稀释，随后抽滤，洗涤至中性，再在60℃下烘干，得到纯化的碳纳米管；
(b)稀土氧化物包覆碳纳米管复合材料的制备：将上述纯化的碳纳米管加入到无水乙醇溶剂中，超声分散60～120分钟；然后在搅拌情况下加入0.03～0.3mol/L的稀土硝酸盐，稀土硝酸盐的加入量与碳纳米管的重量比为0.4～1.2；搅拌20～40分钟后，逐滴加入0.025～0.25mol/L的NaOH或氨水碱性溶液，调节溶液的pH值至8～12；然后将该溶液进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，再经醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳纳米管复合材料；其为固体粉末；
(c)稀土氧化物纳米管的形成：将上述的复合材料即固体粉末在空气气氛下，通过程序控温，以2～10K/min的升温速率升温至500～700℃，进行煅烧，并保持恒温10～30分钟，最后随炉冷却至室温，得稀土氧化物纳米管。
所述的稀土硝酸盐为硝酸铈、硝酸钇、硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨中的任一种。
上述的程序控温，其段数为1～3段。
本发明方法使用的碳纳米管是市售的。
本发明的特点是：
(1)本发明通过以碳纳米管为模板，直接液相沉积得到稀土氧化物包覆的碳纳米管复合材料，然后进行煅烧除去“模板”得到稀土氧化物纳米管
(2)本发明方法与其他方法如水热法比较，具有工艺简单、操作方便等特点。
(3)本发明方法开拓了一条新思路，除了可制备稀土氧化物纳米管以外，也为其他无机纳米管的制备提供了借鉴。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中的工艺步骤如下：
将1克碳纳米管加入到150mL的30％的硝酸中，在120℃温度下回流24小时，冷却后弃去上层清液，用去离子水稀释，随后抽滤，洗涤至中性，再在60℃下烘干，得到纯化的分散的碳纳米管。取0.1克纯化的碳纳米管加入到40mL无水乙醇中溶剂中，超声分散120分钟，随后在搅拌条件下加入0.15mol/L的硝酸铈溶液3.7ml，搅拌20分钟后，逐滴滴加0.125mol/L的NaOH溶液，调节溶液的pH值至10；随后将溶液进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，再经醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳纳米管复合材料，其为固体粉末。取上述所得的0.02克复合材料即固体粉末，放入坩埚，在空气气氛下，通过程序控温，以5K/min的升温度率升温至550℃，并保持恒温30分钟，复合材料由黑色变为白色，最后随炉冷却至室温，制得稀土氧化铈纳米管。该过程中失重约47％，与复合材料中碳管的质量含量相符合。
Claims (3)
1.一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
(a)碳纳米管的纯化处理：将碳纳米管放在硝酸溶液中于120℃温度下回流24小时，冷却后用去离子水稀释，随后抽滤，洗涤至中性，再在60℃下烘干，得到纯化的碳纳米管；
(b)稀土氧化物包覆碳纳米管复合材料的制备：将上述纯化的碳纳米管加入到无水乙醇溶剂中，超声分散60～120分钟；然后在搅拌情况下加入0.03～0.3mol/L的稀土硝酸盐，稀土硝酸盐的加入量与碳纳米管的重量比为0.4～1.2；搅拌20～40分钟后，逐滴加入0.025～0.25mol/L的NaOH或氨水碱性溶液，调节溶液的pH值至8～12；然后将该溶液进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，再经醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳纳米管复合材料；其为固体粉末；
(c)稀土氧化物纳米管的形成：将上述的复合材料即固体粉末在空气气氛下，通过程序控温，以2～10K/min的升温速率升温至500～700℃，进行煅烧，并保持恒温10～30分钟，最后随炉冷却至室温，得稀土氧化物纳米管。
2.如权利要求1所述的一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，其特征在于所述的稀土硝酸盐为硝酸铈、硝酸钇、硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨中的任一种。
3.如权利要求1所述的一种稀土氧化物纳米管状结构的制备方法，其特征在于所述的程序控温，其段数为1～3段。
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