CN106044831B - 一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，首先在搅拌条件下将Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并搅拌形成反应前驱液；其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩尔比为(0.2～0.5)：(0.55～1.5)；将反应前驱液置于70～90℃水浴中陈化1～2.5h，生成沉淀，反应结束后自然冷却至室温；分离出沉淀并洗涤干燥，获得片状SmOHCO3纳米晶。本发明以Sm(NO3)3为钐源，以Na2CO3为碱源，以均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶，反应的原料易得，工艺设备简单，能耗低，反应在液相中经较短的时间完成，陈化1～2.5h即可生成沉淀；所制得的SmOHCO3纳米晶的纯度高、结晶性良好、纳米薄片的分散性好。

Description

一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法
【技术领域】
本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法。
【背景技术】
稀土元素具有4fx5d0-16s2的电子结构，因其原子半径大且极易失去外层的6s、5d或4f电子，而具有很强的活泼性，使得稀土金属及其化合物表现出典型的光、电、磁及催化特性。将特定的纳米制造技术引入功能性稀土材料的制备过程中，使稀土材料的优势与纳米材料的特性相结合，所得到的纳米稀土材料在稀土永磁材料、储氢材料、催化材料、纳米稀土荧光粉以及压敏电阻等方面的应用，既有望实现传统产业的升级换代，又将会促进稀土材料的附加值利用以及进一步发挥我国稀土资源的优势具有重要的研究价值及意义。不同形貌的稀土金属碱式碳酸盐，如纺锤状CeOHCO3[Zhao D L,Yang Q,Han Z H,etal.Biomolecule-assisted Synthesis of Rare Earth Hydroxycarbonates[J].SolidState Sciences,2008,10:31-39.]、十二面体状NdOHCO3[Xu Z Y,Zhang Y J,Fang Z Y,etal.Controllable Synthesis and Optical Properties of NdOHCO3 DodecahedralMicrocrystals[J].Materials Research Bulletin,2010,45:74-79.]、及哑铃状PrOHCO3[Zhao D L,Yang Q,Han Z H,et al.Rare Earth Hydroxycarbonate Materials withHierarchical Structures:Preparation and Characterization,and CatalyticActivity of Derived Oxides[J].Solid State Sciences,2008,10:1028-103]等已有文献报道。
无机半导体材料的形貌、尺寸、晶型和暴露晶面对于其光、电、磁和化学特性有重要的影响。碱式碳酸钐作为一种重要的镧系稀土化合物材料被广泛应用于电子和陶瓷工业领域。因钐极易被磁化且不易消磁，碱式碳酸钐有望在固态电子部件和超导材料中有重要的应用。以碱式 碳酸钐作为前驱体也被广泛用于氧化钐的制备中。另外，有研究表明Eu3+掺杂的SmCO3OH可用于制备光转换薄膜以提高光的利用率。八面体状SmOHCO3[Zhang Y J,He HM,Yang X Z,et al.Morphology-controlled Synthesis,Characterization,GrowthMechanism of SmOHCO3with High Uniform Size and Photoluminescence Property ofSmOHCO3:Eu3+[J].Powder Technology,2012,224:175-182.]、菱形SmOHCO3[Yin X B,ZhangY J,Fang Z Y,et al.Hydrothermal Synthesis of Rhombus-like SmCO3OH Microplatesand Its Photoluminescence Property Doped with Eu3+[J].Chinese Journal ofChemical Physics,2010,23:102-106.]。目前已有报道的碱式碳酸钐的结构主要为SmOHCO3，制备方法均为水热法，但是水热法的制备周期较长，一般的水热反应需要12-24h。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，制备周期短。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
1)在搅拌条件下将Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并搅拌形成反应前驱液；其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩尔比为(0.2～0.5)：(0.55～1.5)；
2)将反应前驱液置于70～90℃水浴中陈化1～2.5h，生成沉淀，反应结束后自然冷却至室温；
3)分离出步骤2)中的沉淀并洗涤干燥，获得片状SmOHCO3纳米晶。
进一步地，步骤1)中Sm(NO3)3溶液的浓度为0.2～0.5mol·L-1。
进一步地，步骤1)中Na2CO3溶液的浓度为0.55～1.5mol·L-1。
进一步地，步骤1)中Sm(NO3)3溶液的滴加速率为5mL/min。
进一步地，步骤1)的Sm(NO3)3溶液全部滴入Na2CO3溶液中后，继续搅拌1～2h形成反应前驱液。
进一步地，步骤3)中依次采用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4～6次。
进一步地，步骤3)中的干燥是在60～80℃的电热真空干燥箱内干燥2～4h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以Sm(NO3)3为钐源，以Na2CO3为碱源，以均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶，所制得的SmOHCO3纳米晶的纯度高、结晶性良好、纳米薄片的分散性好，制得的纳米薄片的平均厚度为100nm。相对于传统的水热法，本发明反应的原料易得，工艺设备简单，能耗低，反应在液相中经较短的时间完成，陈化1～2.5h即可生成沉淀；且该反应在常压下进行，以水作为反应溶剂，安全性好，可行性强，操作简单，所以非常经济、实用，具有很好的工业化前景。因钐极易被磁化且不易消磁，本发明制得的片状结构有利于电子的传导，使得SmOHCO3有望在固态电子部件和超导材料中取得重要的应用前景。
【附图说明】
图1是本发明所制备的片状SmOHCO3纳米晶的XRD图；
图2是本发明所制备的片状SmOHCO3纳米晶的SEM图。
【具体实施方式】
本发明制备方法包括以下步骤：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于适量蒸馏水中制得Sm3+浓度为0.2～0.5mol·L-1的Sm(NO3)3溶液；
2)采用一定量分析纯Na2CO3为碱源，溶于适量蒸馏水中制成浓度为0.55～1.5mol·L-1的Na2CO3溶液；
3)在磁力搅拌条件下，将等体积的Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并在滴加完 成之后继续搅拌1～2h形成反应前驱液；其中Sm(NO3)3溶液和Na2CO3溶液为等体积混合，因此Sm(NO3)3和Na2CO3的摩尔比为(0.2～0.5)：(0.55～1.5)；其中，Sm(NO3)3溶液的滴加速率为5mL/min；
4)将反应前驱液置于70～90℃水浴中陈化1～2.5h，生成沉淀，反应结束后自然冷却至室温；
5)分离出步骤2)中的沉淀并依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4～6次，具体是先用水洗两次洗掉水溶性物质，再用无水乙醇洗两到四次洗掉醇溶性物质；再收集产物在60～80℃的电热真空干燥箱内干燥2～4h，获得片状SmOHCO3纳米晶。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.2mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为0.55mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌1h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于80℃水浴中陈化2h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4次，置于60℃的电热真空干燥箱内干燥4h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
实施例2：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.25mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为0.75mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌1h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于70℃水浴中陈化2.5h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，置于70℃的电热真空干燥箱内干燥3h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
实施例3：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.35mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为1.0mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌1h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于90℃水浴中陈化1h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤6次，置于80℃的电热真空干燥箱内干燥2h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
实施例4：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.4mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为1.1mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌1h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于80℃水浴中陈化1h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤6次，置于70℃的电热真空干燥箱内干燥3h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
实施例5：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.5mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为1.5mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌1h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于80℃水浴中陈化1.5h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，置于80℃的电热真空干燥箱内干燥2.5h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
实施例6：
1)将一定量分析纯Sm(NO3)3·6H2O溶于50mL蒸馏水中制成Sm3+浓度为0.5mol·L-1的溶液A；
2)将一定量分析纯Na2CO3溶于50mL蒸馏水中制成浓度为1.5mol·L-1的溶液B；
3)在磁力搅拌下将溶液A逐滴滴入溶液B中，继续搅拌2h形成反应前驱液；
4)将反应前驱液置于80℃水浴中陈化2.5h，反应结束后自然冷却至室温；
5)产物依次利用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤5次，置于80℃的电热真空干燥箱内干燥2.5h，即获得片状SmOHCO3纳米晶。
图1是本发明实施例6所制备的SmOHCO3纳米晶的XRD图，从图中可以看出产物的纯度高，结晶性强，晶体结构为六方相，取向性生长明显。
图2是本发明实施例6所制备的SmOHCO3纳米晶在放大一万倍时拍摄的扫描照片，从图中可以看出产物为纳米薄片结构且分散性较好，纳米薄片的平均厚度为100nm。
本发明的最佳碱源为碳酸钠，因不同碱源释放出OH-和CO3 2-的条件和速率不同，从而决定晶粒能否成核及沿什么方向生长。本发明的反应物及反应条件，如钐离子浓度，碳酸钠的浓度，水浴反应温度和时间，均是通过大量实验验证所得的最佳反应条件。当硝酸钐和碳酸钠的配比发生改变，产物的形貌会相应发生改变，比如当采用二乙烯三胺为碱源时，产物为棒状，无法得到本发明的薄片状结构。
本发明提供了一种简单高效的均匀沉淀法制备片状SmOHCO3的方法，与水热法相比，均匀沉淀法的仪器设备更简单、操作更简便，容易控制，具有反应时间短、安全性好且耗能低等突出优点。

Claims (5)

1.一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在搅拌条件下将等体积的Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并搅拌形成反应前驱液；其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩尔比为(0.2～0.5)：(0.55～1.5)；
2)将反应前驱液置于70～90℃水浴中陈化1～2.5h，生成沉淀，反应结束后自然冷却至室温；
3)分离出步骤2)中的沉淀并洗涤干燥，获得片状SmOHCO3纳米晶；
步骤1)中Sm(NO3)3溶液的浓度为0.2～0.5mol·L-1；
步骤1)中Na2CO3溶液的浓度为0.55～1.5mol·L-1。
2.根据权利要求1所述的一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，其特征在于，步骤1)中Sm(NO3)3溶液的滴加速率为5mL/min。
3.根据权利要求1所述的一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，其特征在于，步骤1)的Sm(NO3)3溶液全部滴入Na2CO3溶液中后，继续搅拌1～2h形成反应前驱液。
4.根据权利要求1所述的一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，其特征在于，步骤3)中依次采用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤4～6次。
5.根据权利要求1所述的一种均匀沉淀法制备片状SmOHCO3纳米晶的方法，其特征在于，步骤3)中的干燥是在60～80℃的电热真空干燥箱内干燥2～4h。
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