CN102432056B - 一种溶剂热法制备Sm2O3 纳米晶的方法 - Google Patents
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Abstract
一种溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇或异丙醇与水的混合溶剂中制得溶液A；用NaOH调节溶液A的pH值形成前驱溶液；将前驱溶液倒入水热釜中，密封水热釜并置于电热真空干燥箱中溶剂热反应后自然冷却到室温；取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，重复洗涤后真空干燥干燥获得Sm2O3纳米晶。本发明制备Sm2O3纳米晶反应在液相中一次完成，不需要后期的晶化热处理，从而避免了Sm2O3纳米晶在热处理过程中可能导致的团聚、晶粒粗化以及气氛反应引入杂质等缺陷，且工艺设备简单。团聚程度较轻，易得到合适的化学计量比和晶粒形态；可以使用较便宜的原料；省去了高温煅烧和球磨，避免了杂质引入和结构缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备Sm2O3纳米晶的方法，特别涉及一种溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法。
背景技术
Sm2O3是一种淡黄色粉末，易潮解，不溶于水，易溶于无机酸。Sm2O3是新一代的能量转化材料、半导体材料及高性能催化剂材料。纳米Sm2O3还可以用于陶瓷电容器。在磁性材料方面，纳米Sm2O3主要用于制备稀土永磁材料；此外Sm2O3薄膜还可用于电子器体、磁性材料和特种玻璃的滤光器中，具有广阔的发展应有前景。
目前所报道的制备Sm2O3纳米晶的方法主要为低温自蔓延燃烧法[薄丽丽，杨武，倪刚，何晓燕，吕维莲.低温自蔓延燃烧法制备纳米Sm2O3，西北师范大学学报2005，41(5)：40-42]；溶胶-凝胶法[邓庚凤.钟淑梅.陈辉煌.周小华.溶胶-凝胶法制备超细氧化钐的工艺研究，稀土2007，28(2)：40-42]和微乳液法[耿寿花朱文庆常鹏梅陈亚芍.反相微乳液介质中纳米Sm2O3的制备，2008，24(9)：1609-1614]。低温自蔓延燃烧法和溶胶-凝胶法是在氧气气氛下高温合成Sm2O3，粉体易团聚并且溶胶-凝胶的工艺周期长，对Sm2O3原料的利用率很小。同时微乳液法所制备的前躯体也需经高温热处理才能获得Sm2O3纳米晶，这样易引入杂质，且粉体易团聚。为了达到实用化的目的，必须开发生产成本低且方便可行的Sm2O3纳米晶制备工艺。另有报道用微波水热法制备Sm2O3纳米晶[殷立雄，黄剑锋，曹丽云等.一种微波水热法制备Sm2O3纳米粉体的方法[P].中国专利：200910021192，2011-03-02.]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备简单，容易控制，且比微波水热法温度低，可以低成本的合成Sm2O3纳米晶的溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法。按本发明的制备方法制成的Sm2O3纳米晶纯度高，晶粒生长可控。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇或异丙醇与水的混合溶剂中搅拌制得Sm3+浓度为0.1～0.6mol/L的溶液A；
步骤二：将溶液A在40～60℃加热搅拌采用NaOH溶液调节溶液A的pH值为7～11，继续搅拌1～3小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在50～60％，然后密封水热釜，将其放入电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为160～240℃，压力为2～20MPa，反应12～72小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤4～6次后置于60～80℃的真空干燥箱内干燥4～8小时即获得Sm2O3纳米晶。
所述步骤一的搅拌采用磁力搅拌器搅拌。
所述步骤一异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝0～4.0。
所述的NaOH溶液的浓度为1～5mol/L。
所述的电热真空干燥箱采用DHG-9075A型电热真空干燥箱。
由于本发明制备Sm2O3纳米晶反应在液相中一次完成，不需要后期的晶化热处理，从而避免了Sm2O3纳米晶在热处理过程中可能导致的团聚、晶粒粗化以及气氛反应引入杂质等缺陷，且工艺设备简单。团聚程度较轻，易得到合适的化学计量比和晶粒形态；可以使用较便宜的原料；省去了高温煅烧和球磨，避免了杂质引入和结构缺陷。更重要的是，溶剂热法要求的设备及仪器更为简单，采用有机溶剂较易获得所需压力、温度且更利于纳米Sm2O3粉体的生成，所以更为经济、实用。制备出的晶粒发育完整，粒径很小且分布均匀，纯度较高的纳米晶。所制备的纳米晶表现出一定的取向生长趋势，且纳米晶对紫外线有强烈吸收作用而对可见光有强烈增透作用。并且利用溶剂热方法比简单的水热法可以更好的提高纳米晶纯度和缩短反应时间。
附图说明
图1为本发明制备氧化钐纳米晶的(XRD)图谱，其中横坐标为衍射角2θ，单位为°；纵坐标为衍射峰强度，单位为a.u.。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.5mol/L的溶液A；
步骤二：将溶液A在40℃加热搅拌采用5mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为8，继续搅拌3小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在50％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为200℃，压力为2MPa，反应48小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤6次后置于60℃的真空干燥箱内干燥8小时即获得Sm2O3纳米晶。
实施例2：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇与水的混合溶剂中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.3mol/L的溶液A；
其中，异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝3；
步骤二：将溶液A在50℃加热搅拌采用3mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为10，继续搅拌1小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在60％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为160℃，压力为8MPa，反应72小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤5次后置于70℃的真空干燥箱内干燥6小时即获得Sm2O3纳米晶。
实施例3：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇与水的混合溶剂中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.6mol/L的溶液A；
其中，异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝2；
步骤二：将溶液A在60℃加热搅拌采用1mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为9，继续搅拌2小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在55％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为240℃，压力为12MPa，反应12小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤4次后置于80℃的真空干燥箱内干燥4小时即获得Sm2O3纳米晶。
实施例4：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇与水的混合溶剂中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.2mol/L的溶液A；
其中，异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝1；
步骤二：将溶液A在45℃加热搅拌采用2mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为7，继续搅拌2小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在58％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为180℃，压力为15MPa，反应60小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤5次后置于65℃的真空干燥箱内干燥7小时即获得Sm2O3纳米晶。
实施例5：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇与水的混合溶剂中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.4mol/L的溶液A；
其中，异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝0.5；
步骤二：将溶液A在55℃加热搅拌采用4mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为11，继续搅拌1小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在53％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为220℃，压力为20MPa，反应50小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤6次后置于75℃的真空干燥箱内干燥5小时即获得Sm2O3纳米晶。
实施例6：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇与水的混合溶剂中采用磁力搅拌器搅拌制得Sm3+浓度为0.1mol/L的溶液A；
其中，异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水∶V异丙醇＝4.0；
步骤二：将溶液A在48℃加热搅拌采用2.5mol/L的NaOH溶液调节溶液A的pH值为9，继续搅拌3小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在56％，然后密封水热釜，将其放入DHG-9075A型电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为230℃，压力为10MPa，反应40小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤4次后置于80℃的真空干燥箱内干燥4小时即获得Sm2O3纳米晶。
由图1可看出本发明制备的Sm2O3纳米晶纯度高，结晶性能较好，并且为单一晶型。
Claims (5)
1.一种溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将分析纯SmCl3·6H2O加入异丙醇或异丙醇与水的混合溶剂中搅拌制得Sm3+浓度为0.1～0.6mol/L的溶液A；
步骤二：将溶液A在40～60℃加热搅拌采用NaOH溶液调节溶液A的pH值为7～11，继续搅拌1～3小时后形成前驱溶液；
步骤三：将前驱溶液倒入水热釜中，填充度控制在50～60％，然后密封水热釜，将其放入电热真空干燥箱中，控制溶剂热温度为160～240℃，压力为2～20MPa，反应12～72小时，反应结束后自然冷却到室温；
步骤四：打开水热釜，取出产物用去离子水洗涤并离心分离，再用无水乙醇洗涤并离心分离，依次采用去离子水和无水乙醇重复洗涤4～6次后置于60～80℃的真空干燥箱内干燥4～8小时即获得Sm2O3纳米晶。
2.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，其特征在于：所述步骤一的搅拌采用磁力搅拌器搅拌。
3.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，其特征在于：所述步骤一异丙醇或异丙醇与水的混合溶剂按体积比V水:V异丙醇=0～4.0。
4.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，其特征在于：所述的NaOH溶液的浓度为1～5mol/L。
5.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Sm2O3纳米晶的方法，其特征在于：所述的电热真空干燥箱采用DHG-9075A型电热真空干燥箱。
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