CN100497757C - 一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法 - Google Patents

一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，该方法以一种金属的无机盐与另外一种金属的氧化物为主要原料，以熔融的混合碱作为溶剂，在常压、约200℃的较低温度下合成复合氧化物单晶纳米材料。本发明首次利用熔融的碱作为溶剂来合成纳米材料，可以实现合成不同结构、不同成分的多种用途的氧化物纳米材料，并可以合成简单氧化物和氢氧化物单晶纳米材料。本发明的原料为常规材料，合成过程中只控制温度和时间，容易实现工业化生产，制得的单晶纳米结构材料包括铁电压电材料，铁磁材料，半导体材料，离子导体材料，巨磁阻材料，高介电材料和超导材料等，可有利于促进微电子、光电子、通讯等领域的研究和发展，应用前景广阔。

Description

一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法
技术领域
本发明涉及一种含氧金属无机化合物，特别是氧化物和氢氧化物单晶纳米结构的制备方法，尤其涉及一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法。
背景技术
所谓复合氧化物是指由两种或两种以上的金属离子与氧原子共同做成的化合物，其通式为AxByOz。许多复合氧化物，如具有钙钛矿、尖晶石、石榴石等结构的复合金属氧化物，因为具有如铁电性、铁磁性、半导体性能、发光性能、光电性能及催化性能等诸多重要的性能，而被受到广泛的重视。由于量子效应和其他尺寸效应引起的材料性能的突变，近年来，这些材料的纳米结构受到了广泛的重视。尽管某些物理方法特别是溅射与气相沉积等成功地制备了单一氧化物单晶纳米材料，如氧化锌、二氧化锡等，由于复合氧化物的成分与结构的复杂性，这些方法难以得到具有良好形态的复合氧化物的纳米结构。因此，合成复合氧化物单晶纳米材料，成了限制这类纳米材料和器件研究、开发和应用的主要障碍。目前为止，只有极少的文章报道了少数种类的复合氧化物纳米材料的合成，这些纳米材料包括BaTiO3，SrTiO3，PbTiO3、BaMnO3，LaxBa1-xMnO3。这些方法或者涉及了具有高压的水热合成、或者采用了有机金属化合物这类昂贵的试剂作为前驱体，或者采用了多孔金属作为模板、或者采用了食盐作为溶剂在800度以上的高温进行反应。总之，这些方法因为条件苛刻难以重复，或者因为产量太小，成本太高，难以投入工业生产。即便如此，由于复合氧化物材料成分和结构的复杂性，这些方法只适于实验室内实施，况且制备的复合氧化物纳米材料种类也只是极少数几种。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种简便可行的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法。该方法以熔融的无水混合碱作为溶剂，以成本低廉的金属无机盐和氧化物作为反应物，在常压、200℃左右的温度下可以合成具有单晶纳米结构的复合氧化物纳米材料。
本发明涉及的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，特别是包括氧化物、情氧化物的复合金属氧化物单晶纳米材料的合成方法，由配料，加热融化，恒温反应，冷却和洗涤步骤组成(如图1所示)，其特征是，所述的配料是指将作为合成目标的复合氧化物AxByOz中A位原料和B位原料按照原子比为A:B＝x:y的比例称量混合后加入已经盛有混合碱的反应容器中；所述的加热融化是将反应器放入已经加热到160℃—220℃的加热设备中，进行预热融化，经30—90分钟，使反应器内部的固体混合碱完全融化，反应物在混合碱熔液中均匀分布；所述的恒温反应是指使反应容器在恒温的状态下继续加热24—96小时，保证混合碱熔体中的A位和B位元素的化合物充分反应；所述的冷却是指在反应达到设定的时间后，将反应容器冷却至室温(20℃—25℃)；所述的洗涤是将固化了的带有混合碱的反应产物洗涤至pH为7，经抽滤烘干，最后所得的产物即为复合金属氧化物单晶纳米粉末。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的复合氧化物AxByOz中A是钡元素，B是钛元素，O是氧元素；其中：x取值为1，y取值为1，z取值为3。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的A位原料是氯化钡；所述的B位原料是二氧化钛。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的混合碱是由两种无水碱金属氢氧化物组成，其比例为，MOH:NOH＝0.1～0.8:0.1～0.8。
上述碱混合的目的是降低融化温度，使得合成反应在较低浓度下进行。所述反应物在碱溶液中的较佳摩尔浓度为0.1-10mmol。
其中：所述的无水碱金属氢氧化物优选是氢氧化钠，氢氧化钾之一。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的加热设备优选是马弗炉、电阻炉、干燥机、烘箱之一的能对温度精确控制的加热设备；所述的反应容器优选是贵金属容器、有机物容器之一的对碱金属氢氧化物惰性的容器。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的冷却方式是将加热器按照设定速度冷却至室温，或者直接断电炉内冷却，或者直接将反应容器从加热器中取出，或者取出后放到冰水中冷却。
在上述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法中：所述的洗涤是用冷或热去离子水、或pH＝2的盐酸将固化了的带有混合碱的产物溶解，将悬浮液采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤的产物重新在冷或热去离子水、或pH＝2的盐酸中分散，再次过滤，直至滤液pH值达到7。
上述离心沉淀的转速为500-2000转/分钟。
上述抽滤设备滤器滤膜的孔径为0.2-0.5μm。
利用本发明涉及的利用熔融碱作为溶剂制备复合氧化物单晶纳米材料的方法，可以制备各种不同结构不同功能的单晶氧化物纳米结构，如铁电压电材料，铁磁材料，巨磁阻材料，半导体材料，离子导体材料等。这些材料会广泛应用于具有纳米结构的铁磁记忆元件、红外元件、磁记忆元件、磁—电元件、半导体元件、发光器件、离子电池和气体和生物传感器等方面，从而促进微电子、光电子、通讯、环保、化工、生物等领域的发展。
本发明涉及的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，首次以无水的熔融碱作为溶剂，以常规的无机盐和氧化物为原料，在常压、200℃左右的较低温度下合成复合氧化物单晶纳米材料。这种方法因为合成温度低、常压操作，容易实现合成过程的控制，适于工业化批量生产；由于采用无毒的、常规的无机盐及氧化物为原料，原料易得且生产成本低廉。由于熔融碱的粘度比水的粘度大，纳米材料生长速度较慢，容易得到具有固定形状的纳米单晶；由于制备过程中没有采用任何的表面活性剂和其它有机助剂，经水清洗后的纳米材料表面洁净，能够最大限度发挥纳米材料的功能性，而没有第二相的影响。所以，用此方法合成的铁电单晶纳米立方体、铁磁纳米立方体和立方柱和纳米带、巨磁阻纳米带、和半导体纳米带将在以下多种新技术中得到应用，如，构筑铁电随机存储器(ferroelectric random memory)，磁存储器件，磁—电传感器、各种气体传感器和生物传感器等。
本发明涉及的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，还适用于一些氢氧化物和单一氧化物单晶纳米材料的合成，是一种含氧无机金属化合物普适的合成方法。
除了复合氧化物以外，本发明还适于一些氧化物和氢氧化物单晶纳米结构的合成。
附图说明
图1本发明的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法流程示意图
图2采用本发明方法制备的钛酸钡和钛酸锶钡纳米立方体。
图3采用本发明方法制备的四氧化三铁纳米立方体。
图4本发明方法合成的铁酸钴纳米带。
图5本发明方法合成的锰酸钡纳米带。
图6本发明方法合成的钛锰酸钡椭圆形纳米带。
图7本发明方法合成的铈酸钡纳米结构。
图8本发明方法合成钒酸铅纳米带。
图9本发明方法合成的氢氧化镧纳米带。
具体实施方式
实施例1：
钛酸钡纳米立方体的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称1mmol氯化钡和1mmol二氧化钛加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到210℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应48小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，放入冰水混合物中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在50—60℃左右烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，得到的粉末为单相钙钛矿结构的钛酸钡。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为尺寸为30—50纳米的钛酸钡立方体(图2)。电子衍射图谱和高分辨进一步支持了X-射线衍射的结果。
实施例2：
钛酸锶钡纳米立方体的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol氯化锶及1mmol二氧化钛加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到220℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应60小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，放入冰水混合物中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，至滤液的pH值达到7。加入pH＝2的盐酸浸泡5小时，继续洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在60℃左右烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为单相钙钛矿结构的钛酸锶钡。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为尺寸为30—50纳米的钛酸锶钡立方体。电子衍射图谱和高分辨进一步支持了X-射线衍射的结果。
实施例3：
四氧化三铁纳米立方体和纳米立方柱的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称1mmol氯化铁和1mmol三氧化二铁加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应70小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，抽滤。用热水重复上述步骤6次，直至滤液的pH值达到7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在70℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为单相尖晶石结构的四氧化三铁。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为尺寸为250纳米的四氧化三铁立方体或250×250×300—500纳米的立方柱(图3)。电子衍射图谱进一步验证了X-射线衍射的结果。
实施例4：
铁酸钴纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称1mmol硝酸钴和1mmol三氧化二铁加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入马弗炉中。使马弗炉保温1小时，震荡容器使溶液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应50小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将加热设备连同反应容器按照10℃/分钟速度降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液在1500转/分钟的转速下经5分钟，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，按照上述转速重新沉淀。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在50℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为单相尖晶石结构的铁酸钴。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为尺寸为20—40纳米厚。150—250纳米宽，长度大于10微米的纳米带(图4)。电子衍射图谱和电子能量损失谱进一步验证了X-射线衍射的结果。
实施例5：
锰酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化锰加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到180℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应48小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.25μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在90度的去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。用pH＝2的盐酸溶液浸泡4小时，再洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为六方锰酸钡相。透射电子显微观察表明，粉末为尺寸为20—30×50—80×800—100纳米的纳米带(图5)，电子能量损失谱证实了其中钡/锰/钛的原子比复合化合物计量比，电子衍射图谱进一步验证了X-射线衍射的结果。
实施例6：
锰钛酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.25mol二氧化锰和0.25mmol二氧化钛加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到190℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，震荡容器使溶液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应50小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，放入冰水混合物中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在50℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，反应产物的晶体结构与BaMnO3晶体结构相同，透射电子显微观测发现，BaTi0.5Mn0.5O3晶粒为宽度为40纳米，厚度为20纳米，长度为500纳米左右的椭圆形纳米带(图6)。电子能量损失谱研究表明，反应产物中钛和锰的比例为1:1，符合化学式中的比例。电子衍射图谱也证实XRD实验结果。
实施例7：
宽度为30-50nm、长度为50-100nm锰酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化锰加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应24小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.25μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在90度的去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。用pH＝2的盐酸溶液浸泡4小时，再洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。电子显微镜研究表明，200℃、24小时合成的粉末为宽度为30-50nm、长度为50-100nm的纳米带。
实施例8：
宽度为20-30nm、长度为100-200nm锰酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化锰加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应72小时。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.25μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在90度的去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。用pH＝2的盐酸溶液浸泡4小时，再洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。电子显微镜研究表明，200℃、72小时合成的粉末为宽度为20-30nm、长度为100-200nm的纳米带。
实施例9：
宽度为30nm、长度300-500nm锰酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化锰加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应120小时。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.25μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在90度的去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。用pH＝2的盐酸溶液浸泡4小时，再洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。电子显微镜研究表明，200℃、120小时合成的粉末为宽30nm、长度300-500nm的纳米带。
实施例10：
宽度为50-70nm、长度为500-1000nm锰酸钡纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化锰加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应24小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，在空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.25μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在90度的去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。用pH＝2的盐酸溶液浸泡4小时，再洗涤至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。电子显微镜研究表明，170℃、72小时合成的粉末为宽度为50-70nm、长度为500-1000nm的纳米带
实施例11：
草状铈酸钡纳米结构的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol氯化钡和0.5mmol二氧化铈加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到210℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应90小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将马弗炉断电冷却至室温，将反应容器从马弗炉中取出。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在去离子水中，抽滤。重复上述步骤5次，直至滤液的pH值达到7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在100℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为单相四方结构的铈酸钡。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为由纳米带组成的草状纳米结构，“草叶”的宽的部位为150—180纳米，窄的部位为20—30纳米(图7)。电子衍射图谱和高分辨电镜结果进一步验证了X-射线衍射的结果。如图4所示。
实施例12：
钒酸铅纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和7克NaOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol硝酸铅和0.5mmol五氧化二钒加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到180℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应72小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.22μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在加热到90℃的去离子水中，抽滤。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。
XRD结果表明，反应产物为单斜Pb2V2O7，扫描和透射电子显微镜观察发现，反应产物为宽度50-70纳米，厚度为25-30纳米，长度为几个微米的纳米带(图8)电子能量损失谱表明，纳米带中的化学组成为化学式中的计量比，电子衍射和高分辨电镜研究证实XRD结果。
实施例13：
氢氧化镧纳米带的合成
1.配料：
(1)称5克KOH和9克NaOH和5克LiOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol醋酸镧加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，搅拌使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应40小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在加热到90℃的去离子水中，抽滤。抽滤过程重复6遍，至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为六方结构的氢氧化镧。扫描和透射电子显微观察表明，粉末为纳米带结构，纳米带的宽度为150—250纳米，厚度为30—50纳米长度达几十个微米(图9)。电子能量损失谱表明了纳米带的化学成分为氧和镧(氢元素无法检测)，电子衍射图谱进一步验证了X-射线衍射的结果。
实施例14：
Cr2O3纳米带的合成
1.配料：
(1)称10克KOH和6克LiOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol二氧化镧加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到200℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，摇晃反应容器使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应48小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在加热到90℃的去离子水中，抽滤。抽滤过程重复5遍，至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为六方结构的Cr2O3。扫描和透射结果发现，反应产物为宽度为30—50纳米、厚度为20纳米，长度为300—500纳米的纳米带。电子能量损失谱研究表明，纳米带的化学成分符合Cr2O3中Cr和O的原子比例，电子衍射的结果支持XRD的分析结果。
实施例15
二氧化铈纳米颗粒的合成
1.配料：
(1)称8克NaOH和6克LiOH加入容积为25毫升的聚四氟乙烯容器中。
(2)称0.5mmol Ce(NO3)3加入以上聚四氟乙烯容器中的碱中。
(3)将聚四弗乙烯容器密封，以保持反应过程的清洁。
2.加热融化：
将马弗炉或烘箱加热到190℃，将密封的聚四氟乙烯容器放入加热设备中。使加热设备保温1小时，摇晃反应容器使熔液和反应物均匀混合。
3.恒温反应：
使溶液中的反应物在上述条件下反应48小时，直至反应进行完全。
4.冷却：
将反应容器从加热设备中取出，空气中冷却，至反应容器降至室温。
5.洗涤：
用去离子水降冷却后凝固的碱融化，将溶液通过滤器(孔径为0.2μm)过滤，得到沉淀物。将沉淀物重新分散在加热到90℃的去离子水中，抽滤。抽滤过程重复5遍，至pH＝7。
6.烘干：
将过滤得到的粉末在80℃烘干，得到单晶纳米粉末。
X-射线衍射结果表明，实验得到的粉末为立方结构的CeO2扫描和透射结果发现，反应产物为宽度为20—50纳米的单晶纳米颗粒。电子能量损失谱研究表明，纳米颗粒的化学成分符合CeO2中Ce和O的原子比例，电子衍射的结果支持XRD的分析结果。高分辨电镜研究发现，这种纳米颗粒是由直径为5纳米左右的单晶纳米粒子组成。
本发明公开和提出的所有方法和制备技术，本领域技术人员可以通过借鉴本文内容，适当改变原料和工艺等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术以较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显不能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终成膜技术。特别需要指出的是所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说实显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (7)

1.一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，由配料，加热融化，恒温反应，冷却和洗涤步骤组成，其特征是，所述的配料是指将作为合成目标的复合氧化物AxByOz中A位原料和B位原料按照原子比为A:B＝x:y的比例称量混合后加入已经盛有混合碱的反应容器中；所述的加热融化是将反应器放入已经加热到160℃—220℃的加热设备中，进行预热融化，经30—90分钟，使反应器内部的固体混合碱完全融化，反应物在混合碱溶液中均匀分布；所述的恒温反应是指使反应容器在恒温的状态下继续加热24—96小时，保证混合碱熔体中的A位和B位元素的化合物充分反应；所述的冷却是指在反应达到设定的时间后，将反应容器冷却至室温；所述的洗涤是将固化了的带有混合碱的反应产物洗涤至pH为7，经抽滤烘干，最后所得的产物即为复合金属氧化物单晶纳米粉末；
其中：所述的复合氧化物AxByOz中A是钡元素，B是钛元素，O是氧元素；x取值为1，y取值为1，z取值为3。
2.如权利要求1所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的A位原料是氯化钡；所述的B位原料是二氧化钛。
3.如权利要求1所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的混合碱是由两种无水碱金属氢氧化物组成，其比例为，MOH:NOH＝0.1～0.8:0.1～0.8。
4.如权利要求3所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的无水碱金属氢氧化物是氢氧化钠，氢氧化钾之一。
5.如权利要求1所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的加热设备是马弗炉、电阻炉、干燥机、烘箱之一的能对温度精确控制的加热设备；所述的反应容器是贵金属容器、有机物容器之一的对碱金属氢氧化物惰性的容器。
6.如权利要求1所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的冷却方式是将加热器按照设定速度冷却至室温，或者直接断电炉内冷却，或者直接将反应容器从加热器中取出，或者取出后放到冰水中冷却。
7.如权利要求1所述的含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法，其特征是：所述的洗涤是用冷或热去离子水、或pH＝2的盐酸将固化了的带有混合碱的产物溶解，将悬浮液采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤的产物重新在冷或热去离子水、或pH＝2的盐酸中分散，再次过滤，直至滤液pH值达到7。
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