CN101172581A - 微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，该方法采用草酸和碳酸盐为原料，将原料按草酸根离子和金属离子以摩尔比1∶1的比例充分混合研磨2～10h后，放入微波炉中，在微波频率为2450MHz，微波功率为100～1000W的条件下加热5～30min制备纳米氧化物的前驱体，再将所得前驱体在300～600℃温度条件下焙烧1～3h，即可获得纳米氧化物粉体。本发明利用微波加热的快速、均匀性辅助固相反应制备前驱体，不仅大大缩短了固相反应的时间，减少了前驱体的团聚现象，且所得纳米氧化物粉体的纯度较高，颗粒尺寸为10～50nm，且粒径分布均匀。本发明整个反应过程不需要溶剂、操作简便、能耗低、对环境无污染，易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于无机纳米粉体材料制备，具体涉及一种微波辅助固相反应制备过渡金属纳米氧化物粉体的方法。
背景技术
纳米材料是指颗粒尺寸在1～100nm之间的超细微粒材料，与大颗粒材料相比，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质，因此在光学、电学、磁学及催化等方面显示出优异的性能。
目前，制备纳米粉体的方法主要可分为物理法和化学法。物理法主要采用机械球磨法，该法能耗较大，易引入杂质，且所得粉体颗粒尺寸较大、粒径分布不均匀，不适于用作具有特殊性能的超精细材料。化学法中最常用的为液相法，如沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法、微乳液法等。这些方法基本上都是控制反应条件，首先在液相中合成前驱体(即易分解的盐)，再将这些盐进行热分解制备纳米粉体。由于液相法所制备的前驱体盐类，需要经过分离、过滤、洗涤及干燥等过程，所以这些盐中通常含有一些水，而这些水在盐煅烧过程中由于毛细作用而易使所得纳米粉体产生硬团聚。因而，人们常常选用有机溶剂洗涤或采用特殊的干燥技术(如超临界干燥、共沸蒸馏干燥及冷冻干燥等)除去水，这不但需要消耗大量有机溶剂，而且还使工艺复杂化，从而增加产品成本。
综观这些制备纳米粉体的方法，均存在一些不足之处：反应工艺复杂、工艺过程难控制、能耗量大、成本高、所得纳米粒子粒径分布不均匀等。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有制备技术中存在的缺陷，利用微波加热技术在制备特种新材料方面的优势，提供一种工艺过程简单易控制、能耗低、对环境无污染或污染较少的制备纳米粉体的方法，所得纳米粉体产率高、尺寸较小且粒径分布较均匀。
本发明所述微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法包括如下步骤：
(1)将草酸和碳酸盐按草酸根离子和金属离子以摩尔比1∶1的比例混合研磨2～10h至均匀，然后放入微波炉中在微波功率100～1000W的条件下加热5～30min；
(2)将步骤(1)中反应所得的前驱体放入焙烧炉或气氛炉中，在300～600℃时焙烧1～3h，即可获得纳米氧化物粉体。
本发明主要是利用固相反应及微波加热技术原理，第一步在微波加热时草酸和碳酸盐发生固相反应生成草酸盐，其反应如下：
5(H2C2O4·2H2O)+5ZnO·2CO2·4H2O→5(ZnC2O4·2H2O)+9H2O↑+2CO2↑
3(H2C2O4·2H2O)+NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O→3(NiC2O4·2H2O)+9H2O↑+CO2↑
CoCO3+H2C2O4·2H2O→CoC2O4·2H2O+H2O↑+CO2↑
MnCO3+H2C2O4·2H2O→MnC2O4·2H2O+H2O↑+CO2↑
第二步草酸盐在300～600℃时加热分解生成纳米氧化物粉体，其反应式为：
ZnC2O4·2H2O→ZnO+2H2O↑+CO↑+CO2↑
NiC2O4·2H2O→NiO+2H2O↑+CO↑+CO2↑
3(CoC2O4·2H2O)→Co3O4+6H2O↑+4CO↑+2CO2↑
3(MnC2O4·2H2O)→Mn3O4+6H2O↑+4CO↑+2CO2↑
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明采用微波辅助固相反应法制备纳米氧化物粉体，整个反应过程不需要溶剂，不需要表面活性剂，反应在固相中进行，有效避免了液相反应中由于水存在而引起的纳米粉体团聚现象。
(2)本发明选用草酸和(碱式)碳酸盐为原料制备前驱物草酸盐，再将前驱体草酸盐进行热分解制备纳米氧化物粉体，整个反应过程不需要洗涤、过滤及分离等过程，工艺过程简单易控制。且两步反应所生成的副产物均是H2O和CO或CO2，它们在前驱体制备及前驱体焙烧过程中会以气体形式逸出，对所制备的粉体起到松散作用，从而减少粉体的团聚。整个反应过程中无任何强酸、碱或有机溶剂参与，减少了对环境的污染。
(3)固相反应过程中，反应速度在一定程度上取决于原料所含结晶水的数目。本发明中所采用的原料含结晶水较少，故发生固相反应制备前驱体的时间较长。本发明中引入了微波加热技术，利用微波加热的瞬时性和均匀性，可使整个体系快速而均匀地加热，这不仅大大缩短固相反应时间，而且使整个体系反应均匀，故所得产物颗粒尺寸分布较均匀。另外，微波固相反应时间较短，可以有效抑制前驱体晶粒的长大，从而获得颗粒尺寸较小的前驱体，进而制得较小颗粒的产物。
附图说明
图1为实施例1制备的ZnO的X射线衍射图；
图2为实施例2制备的NiO的X射线衍射图；
图3为实施例3制备的CuO的X射线衍射图；
图4为实施例4制备的Co3O4的X射线衍射图；
图5为实施例5制备的Mn3O4的X射线衍射图。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1：氧化锌的制备方法
将草酸和碱式碳酸锌(5ZnO·2CO2·4H2O)按摩尔比5∶1混合、研磨2h后，放入微波炉中，在微波频率2450MHz、微波功率1000W的条件下加热5min，制备前驱体草酸锌(ZnC2O4·2H2O)，再将草酸锌放入马弗炉中，在500℃下焙烧1h即可获得纳米ZnO粉体。该实施例整个反应过程不需要溶剂，不需要表面活性剂，反应在固相中进行，有效避免了液相反应中由于水存在而引起的纳米粉体团聚现象；而且整个反应过程不需要洗涤、过滤及分离等过程，工艺过程简单易控制。另外，两步反应所生成的副产物均是H2O和CO2，它们在前驱体制备及前驱体焙烧过程中会以气体形式逸出，对所制备的粉体起到松散作用，从而减少粉体的团聚现象。此外，整个反应过程中无任何强酸、碱或有机溶剂参与，减少了对环境的污染。附图1为产物ZnO的X射线衍射图，从图中可以看出，各衍射峰的峰位与ZnO的标准卡片(JCPDS No.36-1451)相吻合，且无多余的杂相峰出现，说明产物为ZnO纯相，由衍射峰的半高宽，用谢乐公式估算晶粒尺寸约为43nm。另外，对粉体进行TEM测试，结果发现所得粉体颗粒尺寸分布较均匀。
实施例2：氧化镍的制备
将草酸和碱式碳酸镍(NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O)按摩尔比3∶1混合、研磨4h后，放入微波炉中，在微波频率2450MHz、微波功率700W的条件下加热10min，制备前驱体草酸镍(NiC2O4·2H2O)，再将草酸镍放入气氛炉中，在400℃下焙烧2h即可获得纳米NiO粉体。附图2为产物NiO的X射线衍射图，从图中可以看出，各衍射峰的峰位与NiO的标准卡片(JCPDS No.73-1519)相吻合，且无多余的杂相峰出现，说明产物为NiO纯相，由衍射峰的半高宽，用谢乐公式估算晶粒尺寸约为12nm。另外，对粉体进行TEM测试，结果发现所得粉体颗粒尺寸分布较均匀。
实施例3：氧化铜的制备方法
将草酸和碱式碳酸铜(CuCO3·Cu(OH)2·xH2O)按摩尔比2∶1混合后，研磨6h后，放入微波炉中，在微波频率2450MHz、微波功率500W的条件下加热20min，得前驱体草酸铜(CuC2O4·1/2H2O)，再将草酸铜放入气氛炉中，在600℃下焙烧1h即可获得纳米CuO粉体。附图3为产物CuO的X射线衍射图，从图中可以看出，各衍射峰的峰位与CuO的标准卡片(JCPDS No.48-1548)相吻合，且无多余的杂相峰出现，说明产物为CuO纯相，由衍射峰的半高宽，用谢乐公式估算晶粒尺寸约为28nm。另外，对粉体进行TEM测试，结果发现所得粉体颗粒尺寸分布较均匀。
实施例4：四氧化三钴的制备方法
将草酸和碳酸钴(CoCO3)按摩尔比1∶1混合、研磨8h后，放入微波炉中，在微波频率2450MHz、微波功率300W的条件下加热25min，制备前驱体草酸钴(CoC2O4·2H2O)，再将草酸钴放入马弗炉中，在300℃下焙烧3h即可获得纳米Co3O4粉体。附图4为产物Co3O4的X射线衍射图，从图中可以看出，各衍射峰的峰位与Co3O4的标准卡片(JCPDS No.09-0418)相吻合，且无多余的杂相峰出现，说明产物为Co3O4纯相，由衍射峰的半高宽，用谢乐公式估算晶粒尺寸约为20nm。另外，对粉体进行TEM测试，结果发现所得粉体颗粒尺寸分布较均匀。
实施例5：四氧化三锰的制备方法
将草酸和碳酸锰(MnCO3)按摩尔比1∶1混合、研磨10h后，放入微波炉中，在微波频率2450MHz、微波功率100W的条件下加热30min，制备前驱体草酸锰(MnC2O4·2H2O)，再将草酸锰放入马弗炉中，在500℃下焙烧2h即可获得纳米Mn3O4粉体。附图5为产物Mn3O4的X射线衍射图，从图中可以看出，各衍射峰的峰位与Mn3O4的标准卡片(JCPDS No.24-0734)相吻合，且无多余的杂相峰出现，说明产物为Mn3O4纯相，由衍射峰的半高宽，用谢乐公式估算晶粒尺寸约为38nm。另外，对粉体进行TEM测试，结果发现所得粉体颗粒尺寸分布较均匀。
Claims (6)
1.一种微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于：采用草酸和碳酸盐为原料，将原料按草酸根离子和金属离子以摩尔比1∶1的比例充分混合研磨2～10h后，放入微波炉中，在微波频率为2450MHz，微波功率为100～1000W的条件下加热5～30min制备纳米氧化物的前驱体，再将所得前驱体在300～600℃温度条件下焙烧1～3h，即可获得纳米氧化物粉体。
2.根据权利要求1所述的微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碱式碳酸盐。
3.根据权利要求2所述的微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于，所述的碱式碳酸盐为碱式碳酸锌、碱式碳酸镍或碱式碳酸铜。
4.根据权利要求1所述的微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸锰或碳酸钴。
5.根据权利要求1所述的微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于，所述微波功率为500～800W。
6.根据权利要求1所述的微波辅助固相反应制备纳米粉体的方法，其特征在于，所述的焙烧是在马弗炉或气氛炉中进行。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780545A (zh) * | 2010-01-18 | 2010-07-21 | 深圳市格林美高新技术股份有限公司 | 低氧亚微米钴粉及其草酸钴前驱体和制造方法 |
| CN105023762A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-11-04 | 安徽建筑大学 | 一种叶片状CuO-NiO复合结构纳米材料及其制备方法 |
| CN106783232A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 镇江大成新能源有限公司 | 一种NiO/NiCo2O4/三维氮掺杂石墨烯复合电极材料的制备方法 |
| CN107162042A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-15 | 安徽锦华氧化锌有限公司 | 一种纳米氧化锌的制备方法 |
| CN113247962A (zh) * | 2021-06-26 | 2021-08-13 | 深圳中科精研科技有限公司 | 电池正极材料及快速合成电池正极材料的方法 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101780545A (zh) * | 2010-01-18 | 2010-07-21 | 深圳市格林美高新技术股份有限公司 | 低氧亚微米钴粉及其草酸钴前驱体和制造方法 |
| CN105023762A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-11-04 | 安徽建筑大学 | 一种叶片状CuO-NiO复合结构纳米材料及其制备方法 |
| CN106783232A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 镇江大成新能源有限公司 | 一种NiO/NiCo2O4/三维氮掺杂石墨烯复合电极材料的制备方法 |
| CN106783232B (zh) * | 2017-01-03 | 2018-09-18 | 镇江大成新能源有限公司 | 一种NiO/NiCo2O4/三维氮掺杂石墨烯复合电极材料的制备方法 |
| CN107162042A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-15 | 安徽锦华氧化锌有限公司 | 一种纳米氧化锌的制备方法 |
| CN113247962A (zh) * | 2021-06-26 | 2021-08-13 | 深圳中科精研科技有限公司 | 电池正极材料及快速合成电池正极材料的方法 |
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