CN103498189B - 一维单晶LaFeO3纳米棒及制备 - Google Patents
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Abstract
一维单晶LaFeO3纳米棒及制备，属于LaFeO3纳米晶技术领域。采用水热合成法制备Fe2O3纳米棒，然后将六水合硝酸镧溶于去离子水，在搅拌条件下，加入Fe2O3纳米棒做模板，在搅拌条件下逐滴加入10%的KOH溶液至溶液pH值为10左右，然后超声10～15min,转移至具有聚四氟乙烯内衬的自压釜中，体积填充度为80%，于180℃恒温处理12h，经抽滤，去离子水洗涤三次，无水乙醇洗涤三次和在80℃干燥12h后，再在马弗炉中于空气气氛下以1℃/min的速率从室温升至650℃或750℃并在该温度下保持4h，得到一维单晶LaFeO3纳米棒。本发明具有原料廉价易得，制备过程简单，产物形貌可控。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有一维单晶钙钛矿型氧化物纳米材料的制备，具体的说涉及以Fe2O3为模板制备一维单晶LaFeO3纳米棒的水热合成法，属于LaFeO3纳米晶技术领域。
背景技术
现代工业的发展在改善我们生活的同时也给环境带来了污染。工业废气(挥发性有机物VOCs等)是造成大气污染的主要来源。在VOCs污染控制的技术里，催化燃烧法是目前最常用的的去除技术，借助催化作用，VOCs可在较低温度（<500℃）下进行燃烧，其去除率通常高于95%。在催化燃烧中，催化剂的选择尤为关键。目前应用于VOCs催化燃烧的催化剂种类主要有负载型贵金属、单一金属氧化物和复合金属氧化物催化剂等。钙钛矿型氧化物是复合金属氧化物之一，因其具有价格低廉、催化活性可与贵金属相媲美、热稳定性好等优点而倍受关注。
LaFeO3属钙钛矿(ABO3)型氧化物,其结构、磁性和导电性已被大量文献报道。因其特殊的结构特点有着广泛应用，如做电极材料、催化剂、湿度传感器等，用途较为广泛。因此近年来，采用水热/溶剂热合成法、熔融盐固相合成技术、溶胶凝胶法等方法合成出了LaFeO3纳米材料。Deng等(J.G.Deng,et al.,Environ.Sci.Technol,2010,44:2618)采用柠檬酸络合结合水热合成法制备了一系列钙钛矿型氧化物，LaFeO3对甲苯的氧化反应中具有较高的活性。但是和掺杂Sr和Co的La0.6Sr0.4Co0.9Fe0.1O3相比较活性还是很低。Qi等（S.Y.Qi,et al.,Chem.Res.Chinese Universities,2008,24:672）采用固相法制备了棒状的La0.7Sr0.3MnO3。其中棒状结构的形成主要是以纤维状MnO2作为模板，在950℃ 灼烧5h下形成的La0.7Sr0.3MnO3棒状结构。研究其生长机理得知，La0.7Sr0.3MnO3棒状结构的形成与纤维状MnO2模板有关。Yang等(Y.Yang,et al.,J.Am.Ceram.Soc.,2008,91:3820)以TiO2为模板，采用水热法制备了PbTiO3纳米管。并且研究其生长机理得知，KOH溶液的添加使纳米管溶解并且在PbTiO3溶解沉淀的过程中使其结晶化。Xiao等(X.L.Xiao,et al.,Nano Res.,2012,5:27)采用以CoCl2·6H2O和CO(NH2)2为原料制备的Co3O4纳米线为模板，混合LiOH，在750℃灼烧2h制备出LiCoO2纳米线，具有优良的化学性能。Tang等(W.Tang,et al.,Nano Lett.,2013,13:2036)首先采用以多层碳纳米管为模板制备出覆盖有MnO2的碳纳米管，然后以其为模板，混合LiOH在乙醇溶液中研磨，超声处理5h后，在700℃灼烧8h后得到LiMn2O4纳米管。
迄今为止，尚无文献和专利报道过成功合成出以Fe2O3为模板制备一维单晶LaFeO3纳米棒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备具有一维单晶纳米结构的LaFeO3制备方法。
采用水热法制备出一维单晶LaFeO3纳米棒的方法，其特征在于，采用以Fe2O3纳米棒为模板制备，具体步骤如下：在搅拌条件下，按照铁和镧的含量1:1计量比，将六水合硝酸镧用去离子水溶解，加入Fe2O3棒作为模板，搅拌30min，向上述混合溶液中，滴加质量浓度10%KOH溶液，至溶液pH值为9～11（优选10），然后超声分散15min，将上述悬浊液转移至内衬为聚四氟乙烯的（优选50mL）不锈钢自压釜中，体积填充度为80%，并置于恒温箱中于180℃处理12h,取出后让其自然冷却至室温。将处理后得到的产物过滤、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于100℃干燥12h，在马弗炉中以1℃/min的速率升至650℃或 750℃并恒温4h后，即得到目标产物一维单晶LaFeO3纳米棒。
上述将六水合硝酸镧用去离子水溶解时，优选每1.0632g La(NO)3·6H2O用10ml去离子水溶解。
模板Fe2O3纳米棒的制备：在搅拌条件下，将九水硝酸铁和氢氧化钠分别用去离子水溶解，将氢氧化钠溶液逐滴加入硝酸铁溶液中，形成的悬浊液转移到内衬为聚四氟乙烯的（优选体积50ml）不锈钢自压釜中，体积填充度为80%，置于恒温箱中于200℃恒温水热处理12h,取出后让其自然冷却至室温。将水热处理后得到的沉淀过滤、以去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于100℃干燥12h，再马弗炉中以1℃/min的升温速率升至350℃灼烧4h后，得到Fe2O3纳米棒。
制备模板Fe2O3纳米棒时，2.02g Fe(NO3)3·9H2O和1.2g NaOH的质量比为2.02：1.2，优选每2.02g Fe(NO3)3.9H2O和1.2g NaOH分别用10ml去离子水溶解。
本发明具有原料廉价易得，制备过程简单，产物粒子形貌，晶体结构，比表面积可控等特征。
本发明制备的一维单晶钙钛矿型氧化物LaFeO3具有较大的比表面积，容易让高活性晶面暴露在表面，在电极材料、催化剂、超导材料、传感器、合成气生产、环境监控材料等方面具有良好的应用前景。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及选区电子衍射（SAED）技术分别测定了样品的晶相结构、粒子形貌及晶型。
附图说明
图1为所制得的LaFeO3纳米棒样品的XRD谱图，其中曲线(a)、(b)分别为实施例1在650℃和750℃灼烧条件下所得样品的XRD谱图。
图2为所制得的LaFeO3纳米棒样品的SEM照片及SAED图案，其中图(a)、 (b)分别为实施例1样品在650℃和750℃灼烧条件下所得样品的SEM照片及SAED图案（内置图）。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面以实施例作详细说明，并给出附图描述本发明得到的一维单晶LaFeO3纳米棒。
实施例1：模板Fe2O3纳米棒的制备,即在搅拌条件下，将2.02g Fe(NO3)3·9H2O和1.2g NaOH分别用10ml水离子水溶解，然后将NaOH溶液逐滴加入到Fe(NO3)3溶液中，出现棕黄色沉淀，然后搅拌30min，将上述溶液转移至内衬为聚四氟乙烯的50ml不锈钢自压釜中（体积填充度为80%），并置于恒温箱中于200℃处理12h,取出后让其自然冷却至室温。将处理后得到的产物过滤、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于100℃干燥12h，在马弗炉中以1℃/min的速率升至350℃并在350℃恒温4h后，得到Fe2O3纳米棒。
一维单晶LaFeO3纳米棒的制备：在搅拌条件下，1.0632g La(NO)3·6H2O用10ml去离子水溶解，加入0.1964g Fe2O3纳米棒，继续搅拌30min，滴加10%KOH溶液，至溶液pH值为10左右，然后超声分散15min，将上述悬浊液转移至内衬为聚四氟乙烯的50ml不锈钢自压釜中（体积填充度为80%），并置于恒温箱中于180℃处理12h,取出后让其自然冷却至室温。将处理后得到的产物过滤、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于100℃干燥12h，在马弗炉中以1℃/min的速率升至650℃或750℃并该温度下恒温4h后，即可得到一维单晶LaFeO3纳米棒。
所得一维单晶LaFeO3纳米棒的XRD谱图和SEM照片及SAED图案分别见附图1和2。
Claims (7)
1.水热法制备出一维单晶LaFeO3纳米棒的方法，其特征在于，采用以Fe2O3纳米棒为模板制备，具体步骤如下：在搅拌条件下，按照铁和镧的摩尔含量1:1计量比，将六水合硝酸镧用去离子水溶解，加入Fe2O3棒作为模板，搅拌30min，向上述混合溶液中，滴加质量浓度10％KOH溶液，至溶液pH值为9～11，然后超声分散15min，将上述悬浊液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢自压釜中，体积填充度为80％，并置于恒温箱中于180℃处理12h,取出后让其自然冷却至室温；将处理后得到的产物过滤、用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，于100℃干燥12h，在马弗炉中以1℃/min的速率升至650℃或750℃并恒温4h后，即得到目标产物一维单晶LaFeO3纳米棒。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，将六水合硝酸镧用去离子水溶解时，每1.0632g La(NO3)3·6H2O用10ml去离子水溶解。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，模板Fe2O3纳米棒的制备：在搅拌条件下，将九水硝酸铁和氢氧化钠分别用去离子水溶解，将氢氧化钠溶液逐滴加入硝酸铁溶液中，形成的悬浊液转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢自压釜中，体积填充度为80％，置于恒温箱中于200℃恒温水热处理12h,取出后让其自然冷却至室温；将水热处理后得到的沉淀过滤、以去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于100℃干燥12h，再马弗炉中以1℃/min的升温速率升至350℃灼烧4h后，得到Fe2O3纳米棒。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，制备模板Fe2O3纳米棒时，Fe(NO3)3.9H2O和NaOH的质量比为2.02：1.2，每2.02g Fe(NO3)3.9H2O和1.2gNaOH分别用10ml去离子水溶解。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，内衬为聚四氟乙烯的不锈钢自压釜的体积为50ml。
6.按照权利要求3的方法，其特征在于，滴加质量浓度10％KOH溶液，至溶液pH值为10。
7.按照权利要求1～6所述的任一方法制备得到的一维单晶LaFeO3纳米棒。
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