CN102211790B - 一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒及其制备方法 - Google Patents

一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。水杨酸根插层层状金属氢氧化物的化学式为：M2+(OH)-(C7H5O3)-·mH2O。制备工艺为：将二价金属盐，水杨酸盐，碱液采用沉淀法，在pH＝5～8，T＝20～100℃，氮气保护下，晶化0.5～48h即得到纳米棒状的水杨酸根插层层状金属氢氧化物。通过调节反应温度，晶化时间和反应浓度，可以对水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的尺寸进行调控。本发明优点在于，用本方法制备纳米棒，设备要求简单，无需模板剂或修饰剂。制备得到的纳米棒，结构均一稳定，化学组成可调控，具有重要的研究意义和应用前景。

Description

一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒及其制备方法
技术领域
本发明属于一维纳米材料制备技术领域，具体涉及一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的制备方法。
背景技术
一维纳米材料，如：纳米线，纳米棒，纳米带，由于其在纳米技术领域有非常优越的性能，近年来备受关注。常规制备一维纳米材料方法主要有：模板法，气相沉积法，微乳液法等。文献[Yadong Li,Meng Sui,Yi Ding,et al.Adv.Mater.2000,12,No.11]报道了利用水和镁粉在180℃高温高压环境中发生反应生成氢氧化镁，并且利用乙二胺为螯合剂，从而形成氢氧化镁纳米棒。文献[Xiaogang Wen,Weixin Zhang,Shihe Yang,et al.Nano Lett.,2002，2,1397-1401]报道了利用Cu2S纳米线为前体模板，在碱性环境下制备氢氧化铜纳米带。
层状金属氢氧化物是一类阴离子型层状功能材料。此类材料特殊的结构及物化性能使其在光学、电学、磁学、催化及医药等领域有着广泛的应用。此类材料粉体制备技术已经非常完善，其一般结构主要为六方片状，文献[邢颖，李殿卿，任玲玲，Evans，D.G.,段雪.化学学报,2003（2）：267-272]报道合成了水杨酸根插层锌铝水滑石，其以碳酸根插层的锌铝水滑石为前体，用离子交换的方法把水杨酸根交换到水滑石层间。文献[康志强，杜宝中，陈博，王军锋.化学工程师，2007（1）：9-11]报道合成了水杨酸根插层镁铝水滑石，其以碳酸根插层镁铝水滑石为前体，用离子交换的方法把水杨酸根交换到水滑石层间。
但一步沉淀法制备水杨酸根插层层状金属氢氧化物，并对其形貌进行控制，制备出层状氢氧化物纳米棒，至今没有文献报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的制备方法。利用水杨酸根与二价金属离子的插层组装作用，制备水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒。通过调控温度，溶液相对浓度，以及晶化时间，可以得到长度范围为50nm-15μm，直径在10-150nm层状金属氢氧化物纳米棒。
本发明的水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的制备步骤如下：
A.将浓度为0.01～0.5M的水杨酸盐溶液和浓度为0.01～0.5M的二价金属盐溶液混合均匀，其中水杨酸盐溶液与二价金属盐溶液摩尔比为1:1或2:1；用0.1M的氢氧化钠溶液调节pH=5～8,通氮气保护，在20～100℃温度下边搅拌边晶化0.5～48小时，得到水杨酸根插层层状金属氢氧化物胶体。
所述的二价金属盐是：硝酸钴、硝酸镍、硝酸亚铁、硝酸镁或硝酸钙，所述的水杨酸盐是水杨酸钠、水杨酸钾或水杨酸铵。
B.将上述胶体沉淀，用脱出CO2的去离子水洗涤3-5遍，在60℃烘箱中，烘10-12小时，即得到水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒。
经检测其为水杨酸根插层层状氢氧化物纳米棒，其化学式为：M2+(OH)(C7H5O3)·mH2O，其中M2+为Mg2+、Ca2+、Co2+、Fe2+、Ni2+中的一种。其长度在0.2-15μm，直径为10-150nm。
将得到的产物进行表征，结果如下：
通过图1的X射线衍射分析（XRD）可以确定，其为层状氢氧化物，且水杨酸根进入到层间；
由图2和图5的低分辨扫描电镜（SEM）看出，在T=95℃合成的水杨酸根插层氢氧化钴纳米棒，长度在10μm左右，直径在125nm左右，在T=30℃合成的水杨酸根插层氢氧化钴纳米棒，长度在300-500nm，直径在50nm左右。
图3的能量散射X光分析（EDX）表征产物的主要成分为钴、碳、氧，没有出现其他元素，说明产物组成单一。
图4的高分辨透射电镜（HRTEM）显示，合成材料为纳米棒。
本发明优点在于，无需其他的修饰剂和模板剂，温和条件下合成纳米棒。通过水杨酸根与金属离子的插层组装作用，成功合成出水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒。在溶液环境中，通过调变反应温度，pH值，晶化时间等条件，可以制得长度和半径可调的纳米棒。制备纳米棒方法简单，原料丰富，价格低廉，适于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1所得到的水杨酸根插层氢氧化钴X射线晶体衍射谱图（XRD）。
图2为实施例1所得到的水杨酸根插层氢氧化钴扫描电镜照片（SEM）。
图3为实施例1所得到的水杨酸根插层氢氧化钴高分辨透射电镜（TEM）。
图4为实施例1所得到的水杨酸根插层氢氧化钴能量散布X光分析（EDX）。
图5为实施例2所得到的水杨酸根插层氢氧化钴扫描电镜照片（SEM）。
具体实施方式
实施例1
步骤A称取5.8206g的Co(NO3)2·6H2O加入去CO2水配置成100ml混合盐溶液，称取6g的NaOH加入去CO2水配置成100ml碱溶液，称取6.4044g水杨酸钠加入去CO2水配置成150ml盐溶液（Co(NO3)2·6H2O与水杨酸钠摩尔比为1:2）；先将水杨酸钠溶液倒入四口烧瓶中，并开始用电动搅拌器匀速转动，转速为200r/min；然后把盐溶液倒入四口烧瓶中，混合均匀后，用碱液调整溶液pH值为5～8。
步骤B在95℃下，以200r/min搅拌晶化48h；晶化结束后，浆液冷却过滤，用去CO2水洗涤3次，离心分离、得到沉淀。于60℃下干燥12小时。经SEM表征所得粉末为长度为10μm，直径为125nm左右的纳米棒。
实施例2
操作步骤同实施例1，不同之处为晶化温度为30℃，制备得到的水杨酸根插层氢氧化钴为长度在0.3-0.5μm，直径为50nm左右的纳米棒。
实施例3
称取5.8206g的Co(NO3)2·6H2O和3.2022g水杨酸钠（Co(NO3)2·6H2O）与水杨酸钠摩尔比为1:1，其他同实施例1。制备得到的水杨酸根插层氢氧化钴为长度在3μm，直径为45nm左右的纳米棒。
实施例4
步骤A称取0.58206g的Co(NO3)2·6H2O加入去CO2水配置成100ml混合盐溶液，称取1g的NaOH加入去CO2水配置成100ml碱溶液，称取0.64044g水杨酸钠加入去CO2水配置成150ml盐溶液（Co(NO3)2·6H2O与水杨酸钠摩尔比为1:2）；先将水杨酸钠溶液倒入四口烧瓶中，并开始用电动搅拌器匀速转动,转速为200r/min；然后把盐溶液倒入四口烧瓶中，混合均匀后，用碱液调整溶液pH值为5～8。
步骤B在95℃下，以200r/min条件下搅拌晶化48h；晶化结束后，浆液冷却过滤，用去CO2水洗涤3次，离心分离、得到沉淀。于60℃下干燥12小时，得到直径在100nm左右，长度在15μm左右的水杨酸根插层氢氧化钴纳米棒。

Claims (1)

1.一种水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的制备方法，具体制备步骤如下：
A.将浓度为0.01~0.5M的水杨酸盐溶液和浓度为0.01~0.5M的二价金属盐溶液混合均匀，其中水杨酸盐溶液与二价金属盐溶液摩尔比为1:1或2:1；用0.1M的氢氧化钠溶液调节pH=5~8，通氮气保护，在20~100℃温度下边搅拌边晶化0.5~48小时，得到水杨酸根插层层状金属氢氧化物胶体；
所述的二价金属盐是：硝酸钴、硝酸镍、硝酸亚铁、硝酸镁或硝酸钙，所述的水杨酸盐是水杨酸钠、水杨酸钾或水杨酸铵；
B.将上述胶体沉淀，用脱出CO2的去离子水洗涤3-5遍，在60℃烘箱中，烘10-12小时，即得到水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒。
 2. 根据权利要求1所述的制备水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的方法，其制备的水杨酸根插层层状金属氢氧化物纳米棒的化学式为：M2+(OH)–(C7H5O3)–·mH2O，其中M2+为Mg2+、 Ca2+、Co2+、Fe2+、Ni2+中的一种；其长度为0.2-15μm，直径为10-150nm。
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