CN105885838A - 一种稀土氧化物纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

一种稀土氧化物纳米颗粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明稀土氧化物纳米颗粒的制备方法：（1）将Gd2O3和Dy2O3加入到HNO3溶液中，加热至溶液澄清；（2）取尿素或柠檬酸作为配体，聚乙二醇、烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵作为分散剂，加水配成溶液；（3）将步骤（1）和（2）配得的溶液搅拌混合形成混合液，再将混合液加热至50～80℃逐渐蒸发形成透明溶液，并保温至少2 h，之后继续升温至100～120℃蒸发得到固化凝胶，再将固化凝胶加热使其发生自燃，得到金属离子与配体形成的配合物；将燃烧所得的配合物研磨，之后升温到至少600℃、保温至少2h、冷却。本发明方法制备的Gd2O3:Dy3+纳米颗粒具有特殊形貌‑‑花状，该花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒发光性能好，可作为黄色荧光粉来生产发光材料。

Description

一种稀土氧化物纳米颗粒及其制备方法
本发明是申请号为201510204649.X、申请日2015年04月27日、发明名称为“一种Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的合成方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种稀土氧化物纳米颗粒，具体涉及一种氧化钆纳米颗粒及其制备方法。
背景技术
稀土元素具有许多光、电、磁的特性，并被广泛应用在发光器件、磁体、催化剂及生物探针等方面；纳米材料的小尺寸效应、量子限域效应、表面效应等特性，使得稀土化合物纳米粒子的制备方法也受到了广泛的重视。Gd2O3是一种重要且容易获取的稀土氧化物，具有优异的物理化学稳定性，且容易掺入稀土离子，而且Gd2O3发光材料的无辐射跃迁几率低、发光效率高，同时可以向发光中心传递能量。因此，Gd2O3被作为基质广泛应用于稀土发光材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Gd2O3:Dy3+稀土氧化物纳米颗粒的制备方法，该合成方法简单易行。
本发明的目的是这样实现的：
一种Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
（1）将准确称取的Gd2O3和Dy2O3加入到浓HNO3中，之后再加热至溶液澄清，然后加入适量去离子水，配得含Gd(NO3)3和Dy(NO3)3的透明溶液；其中，Dy3+的用量小于等于Gd3+用量的1%，所述百分比为摩尔百分比；
（2）量取尿素或柠檬酸作为配体，聚乙二醇（PEG）、烷基苯磺酸钠（ABS）、十二烷基磺酸钠（SDS）或十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为分散剂，在搅拌下加入去离子水配成溶液；其中，各物质的用量按照下述摩尔比设置Gd3+：配体：分散剂=1:1～3:1～3；
（3）将步骤（1）和（2）配得的溶液在搅拌下混合形成混合液，再将混合液逐渐加热至50～80℃蒸发形成透明溶液并保温至少2 h，之后继续升温至100～120℃蒸发得到固化凝胶，再将固化凝胶移入坩埚中升温至300℃使其发生自燃,固化凝胶逐渐发胀变为蓬松的泡沫状前驱物，该前驱物为金属离子与配体形成的配合物；
（4）将燃烧所得的配合物研磨，之后放入马弗炉中快速升温到至少600℃、保温至少2h，通过二次加热燃烧，使金属离子与配体形成的配合物分解形成多孔隙的氧化物颗粒聚集体，最后待自然冷却至室温即可。
本发明具有以下有益效果：
本发明稀土氧化物纳米颗粒的制备方法通过燃烧法这一简单易行的有效手段合成了具有特殊形貌--花状的Gd2O3:Dy3+纳米颗粒，该花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒发光性能好，可作为黄色荧光粉来生产发光材料，可用作医疗器械中的增感荧光材料、光学棱镜添加剂，且将其加入到玻璃原料中有助于形成均质玻璃，提高其化学稳定性和抗压性能；其花状的外貌，比表面积大，可作为吸附剂，用以吸附煤烟或灰尘等污染物，适用于空气净化、灭火等应用情形。此外，它也可用于掺杂纳米结构氧化钛作催化剂，用以高效降解甲基橙及生活污水中的超氧化物歧化酶，还可用作钇铝和钇铁石榴石掺入剂提高反应活性。它可广泛适用于催化剂，陶瓷玻璃工业，固体氧化物燃料电池，发光材料，抛光材料以及核材料等应用领域。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制得的花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒在扫描电镜下的形貌照片。
图2为本发明实施例1中所制得的花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的发射光谱。
图3为本发明实施例1中所制得的花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的XRD谱图。
图4为本发明实施例2中所制得的花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒在扫描电镜下的形貌照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例 1
一种Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的制备方法，它具体是按照以下步骤进行的：
（1）将准确称取的Gd2O3和Dy2O3加入到浓HNO3中，之后再加热至溶液澄清，然后加入适量去离子水，配得含Gd(NO3)3和Dy(NO3)3的透明溶液；其中，Dy3+的用量为Gd3+用量的0.5%，该百分比为摩尔百分比；
（2）量取尿素和PEG，在搅拌下加入去离子水配成溶液；其中，尿素和PEG的用量按照以下比例设置Gd3+：尿素：PEG=1:1:1，其比例关系为摩尔比；
（3）将步骤（1）和（2）配得的溶液在搅拌下混合形成混合液，再将其逐渐加热至50～80℃蒸发形成透明溶液并保温2 h，之后继续升温至100～120℃蒸发得到固化凝胶，再将固化凝胶移入坩埚中升温至300℃使其迅速发生自燃成为蓬松的泡沫状前驱物，该前驱物即为金属离子与尿素的配合物；
（4）将燃烧所得的配合物研磨，之后放入马弗炉中快速升温至600℃保温2h，分解燃烧中金属离子与尿素的配合物分解形成了多孔隙的氧化物颗粒聚集体粉末，最后再自然冷却至室温即可得花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒。
本例中其制备反应的原理为：
Gd2O3+xDy2O3+HNO3 →Gd1-X DyX(NO3)3
Gd1-X DyX(NO3)3+NH2CONH2 → Gd1-xDyx[OC(NH2)2]6(NO3)3
2Gd1-xDyx[OC(NH2)2]6(NO3)3→ Gd2(1-x)O3:2xDy3++ NH3 + CO2 + NO2
其中，由于PEG等分散剂的加入，其表面大量存在的—OH使得离子之间发生空间位阻进而使得离子相互隔离，有效地阻止了颗粒的形成和长大；同时，它们也是一种非离子型分子，对于溶解性盐类或者离子化合物存在屏蔽作用，所以会在颗粒之间形成独立空间，生成三维网络结构，而燃烧时PEG等分散剂的任何分解产物都是挥发性的，因此，随着焙烧而完全脱除，最终产物中出现近似花状的弯曲孔道结构，使得配合物分解为花状的氧化物。
结合附图1、2和3可知：所得Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的形貌近似花状，而目前已有的研究结果表明Gd2O3纳米材料的形貌主要为球状、线状、棒状、片状或方块状，花状的Gd2O3:Dy3+纳米颗粒未见报道；且根据发光图表明，该花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒在紫外激发下可发射黄色光，因此它可作为黄色荧光粉来生产发光材料。
实施例 2
一种Gd2O3:Dy3+纳米颗粒的合成方法，它具体是按照以下步骤进行的：
（1）将准确称取的Gd2O3和Dy2O3加入到浓HNO3中，之后再加热至溶液澄清，然后加入适量去离子水，配得含Gd(NO3)3和Dy(NO3)3的透明溶液；其中，Dy3+的用量占Gd3+用量的1%，该百分比为摩尔百分比；
（2）量取柠檬酸和ABS，在搅拌下加入去离子水配成溶液；其中，柠檬酸和ABS的用量按照以下比例设置Gd3+：柠檬酸：ABS=1:2:2，其比例关系为摩尔比；
（3）将步骤（1）和（2）配得的溶液在搅拌下混合形成混合液，再将其逐渐加热至70～75℃蒸发形成透明溶液并保温3 h，之后继续升温至100～110℃蒸发得到固化凝胶，再将固化凝胶移入坩埚中升温至300℃使其迅速发生自燃成为蓬松的泡沫状前驱物，该前驱物即为金属离子与柠檬酸的配合物；
（4）将燃烧所得的配合物研磨，之后放入马弗炉中快速升温至700℃保温2h，分解燃烧中金属离子与尿素的配合物分解形成了多孔隙的氧化物颗粒聚集体粉末，最后再自然冷却至室温即可得花状Gd2O3:Dy3+纳米颗粒，其形貌形状具体如附图4所示。

Claims (1)

1.一种Gd2O3:Dy3+稀土氧化物纳米颗粒的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）将准确称取的Gd2O3和Dy2O3加入到浓HNO3中，之后再加热至溶液澄清，然后加入去离子水，配得含Gd(NO3)3和Dy(NO3)3的透明溶液；其中，Dy3+的用量为Gd3+用量的0.5%，该百分比为摩尔百分比；
（2）量取尿素和PEG，在搅拌下加入去离子水配成溶液；其中，尿素和PEG的用量按照以下比例设置Gd3+：尿素：PEG=1:1:1，其比例关系为摩尔比；
（3）将步骤（1）和（2）配得的溶液在搅拌下混合形成混合液，再将其逐渐加热至大约50～80℃蒸发形成透明溶液并保温2 h，之后继续升温至100～120℃蒸发得到固化凝胶，再将固化凝胶移入坩埚中升温至300℃上下使其迅速发生自燃成为蓬松的泡沫状前驱物，该前驱物即为金属离子与尿素的配合物；
（4）将燃烧所得的配合物研磨，之后放入马弗炉中快速升温至600℃保温2h，分解燃烧中金属离子与尿素的配合物分解形成了多孔隙的氧化物颗粒聚集体粉末，最后再自然冷却至室温制得。
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