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一种金属氧化物纳米颗粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备金属氧化物纳米颗粒的方法。本发明方法使用一个可密闭的容器和一个可放置于可密闭容器中的开放容器，可溶性金属盐的极性有机溶液和挥发性碱溶液分别放入开放容器和可密闭容器中，使反应在封闭体系中一定温度下进行，得到所述高分散度的金属氧化物纳米颗粒。本发明方法操作简单、安全、成本低、适用性广，所用溶剂低毒、易得，同时避免了使用大量使用表面活性剂、脂肪酸、脂肪胺等带来得环境污染问题。得到的高分散度金属氧化物可作为催化剂，水处理材料和锂离子电池负极材料使用。

Description

一种金属氧化物纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属氧化物纳米颗粒的制备方法。
背景技术
金属氧化物纳米颗粒广泛应用在水处理、催化、生物、能源等领域。迄今为止，已经有多种方法被用来制备纳米金属氧化物，如热分解法、共沉淀法、水热法、微乳液法、超临界流体法等。中国专利号03150836.7公开了一种用有机络合物制备金属氧化物纳米颗粒的方法，通常在空气中直接把金属有机络合物燃烧得到金属氧化物纳米颗粒，然而此种方法得到纳米材料颗粒相对较大，比表面相对较小。
中国专利申请号200610131611.5公开了金属硝酸盐热分解的方法制备金属氧化物纳米颗粒，该方法直接把金属硝酸盐或者金属硝酸盐与硝酸铵的混合物加热分解，得到直径在3-25nm的纳米粒子，然而该方法所需温度较高，而且分解得到对环境有害的氮氧化学物。
中国专利申请号200510109217.7公开了以金属离子溶液在碱金属氢氧化物、脂肪酸和有机极性溶剂的混合体系中加热制取单分散金属氧化物的方法，该方法所得颗粒粒径均一，但所需原料种类较多，且所得氧化物表面一般有一层有机物保护膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属氧化物纳米颗粒的制备方法。
本发明提供的制备金属氧化物纳米颗粒的方法，是在开放容器中，将可溶性金属盐溶于极性有机溶剂后，再将该开放容器置于含有挥发性碱的溶液的密闭容器中，并密闭该密闭容器，在100-300℃反应，得到本发明提供的高分散度金属氧化物纳米颗粒。
上述制备方法中，可溶性金属盐为铁、钴、锡、钛、锌或锰的硝酸盐、硫酸盐、氯化物或醋酸盐；挥发性碱溶液为乙二胺水溶液、甲胺水溶液或氨水；各种常用的极性有机溶剂均适用于本方法，优选乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇或丙三醇中的任意一种或其任意比例的混合物。可溶性金属盐与挥发性碱的摩尔比为1∶2-1∶2000，优选1∶2-1∶200。可溶性金属盐的极性有机溶液的浓度为0.01-1mol/L，挥发性碱溶液的质量百分比浓度为1-35％。该制备方法的反应时间为5分钟-20小时。
本发明利用开放容器和可密闭容器构成反应体系，所得金属氧化物纳米颗粒的分散度高，无团聚现象，表面无有机物膜。制备方法工艺简单，操作简便，生产成本低，反应体系中溶剂品种少，毒性小，环境污染小，非常适宜于大规模工业化生产，所得金属氧化物纳米颗粒在水处理、催化、生物、能源等领域中具有广泛的应用。
附图说明
图1为本发明制备方法中所用反应装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1制备得到的四氧化三铁的X射线粉末衍射图。
图3为本发明实施例1制备得到的四氧化三铁的TEM电镜检测图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
本发明提供的制备方法中，所用反应装置的结构示意图如图1所示，其中，1为开放容器，2为可溶性金属盐的极性有机溶液，3为密闭容器，4为挥发性碱的溶液。
实施例1、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.404g分析纯硝酸铁，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到170℃，反应5分钟，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，黑色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为四氧化三铁，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在4-9纳米之间。
实施例2、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.584g分析纯醋酸锌，溶解在盛有5mL乙醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到170℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，白色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到白色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为氧化锌，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在50-100纳米之间。
实施例3、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.351g分析纯氯化高锡，溶解在盛有5mL丙醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到170℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，浅黄色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到浅黄色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为二氧化锡，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在50-100纳米之间。
实施例4、制备金属氧化物纳米颗粒
量取0.5mL分析纯四氯化钛，溶解在盛有5mL丁醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到300℃，反应20小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，白色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到白色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为二氧化钛，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在2-20纳米之间。
实施例5、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.404g分析纯硝酸铁，溶解在盛有5mL戊醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到100℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，红色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到红色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为三氧化二铁，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在5-10纳米之间。
实施例6、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.682g分析纯硝酸钴，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到300℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，红色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到红色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为氧化钴，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在30-80纳米之间。
实施例7、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.020g分析纯硝酸铁，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入7μL氨水(25wt％)，再加入5mL水，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到200℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，黑色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为四氧化三铁，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在5-15纳米之间。
实施例8、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.020g分析纯硝酸铁，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6.7mL氨水(25wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到190℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，黑色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为四氧化三铁，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在5-15纳米之间。
实施例9、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.404g分析纯醋酸锰，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入3mL乙二胺，再加入3ml水，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到250℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，黑色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为氧化锰，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在10-50纳米之间。
实施例10、制备金属氧化物纳米颗粒
称取0.664g分析纯硫酸锌，溶解在盛有5mL丙三醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL氨水(34wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到250℃，反应1小时，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，白色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到白色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为氧化锌，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在20-100纳米之间。
实施例11、制备金属氧化物纳米颗粒
称取2.02g分析纯硝酸铁，溶解在盛有5mL乙二醇的开放容器中，在可密闭容器中加入6mL甲胺水溶液(20wt％)，然后将开放容器置入可密闭容器中，将可密闭容器密封，加热到170℃，反应30分钟，等反应体系冷却后，打开可密闭容器，将开放容器从可密闭容器中取出，黑色沉淀在开放容器中生成，将沉淀离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。
产物经X射线衍射鉴定为四氧化三铁，用透射电子显微镜(TEM)进行形貌分析，观察到其形貌为高分散度纳米颗粒，粒径在5-15纳米之间。

Claims (11)

1.一种制备金属氧化物纳米颗粒的方法，是在开放容器中，将可溶性金属盐溶于极性有机溶剂后，再将所述开放容器置于含有挥发性碱的溶液的密闭容器中，并密闭所述密闭容器，在100-300℃反应，得到所述金属氧化物纳米颗粒；
所述可溶性金属盐为铁、钴、锡、钛、锌或锰的硝酸盐、硫酸盐、氯化物或醋酸盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述挥发性碱溶液为乙二胺水溶液、甲胺水溶液或氨水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述极性有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇或丙三醇中的任意一种或其任意比例的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐与所述挥发性碱的摩尔比为1∶2-1∶2000。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐与所述挥发性碱的摩尔比为1∶2-1∶200。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐的极性有机溶液的浓度为0.01-1mol/L，所述挥发性碱的溶液的质量百分比浓度为1-35％。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述反应时间为5分钟-20小时。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐与所述挥发性碱的摩尔比为1∶2-1∶2000。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐与所述挥发性碱的摩尔比为1∶2-1∶200。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐的极性有机溶液的浓度为0.01-1mol/L，所述挥发性碱的溶液的质量百分比浓度为1-35％。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述可溶性金属盐的极性有机溶液的浓度为0.01-1mol/L，所述挥发性碱的溶液的质量百分比浓度为1-35％。
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