CN106186037A - 一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法 - Google Patents

一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法，属于材料制备技术领域。包括以下步骤：1)将La(NO3)3·2H2O溶解于去离子水中，制成透明溶液A；2)向透明溶液A中逐滴加入二乙烯三胺，制得悬浊液B；3)将悬浊液B充分搅拌均匀，然后向其中加入模板剂聚乙烯吡咯烷酮，形成前驱体溶液C；4)将前驱体溶液C充分搅拌均匀后，于160～200℃下，热反应6～12h，冷却到室温，将反应产物经离心收集，然后在经过洗涤、干燥，制得棒状La(OH)3纳米晶。本发明制备工艺简单，便于操作，反应能耗低，成本低廉，反应在液相中一次完成，不需要后期处理。经本发明方法制得的棒状La(OH)3纳米晶，晶粒尺寸小，结晶性好，分散性好。

Description

一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法。
背景技术
氢氧化镧La(OH)3作为一种重要的稀土材料，具有特殊的电子结构和微观形态，其在超导材料、储氢材料、电极材料以及光催化材料等领域具有良好的应用前景[Rosynek MP.Catalytic properties of rare earth oxides[J].Journal of Physics andChemistry of Solids,2003,64(4):607-610.]。将稀土功能材料纳米化，有助于我们对其进行更深入的研究，同时也能赋予稀土材料许多独特的新功能。因为纳米结构的氢氧化镧相对具有较大的比表面积，可以与反应物料充分接触，所以能极大地提高其光催化活性。
目前，制备氢氧化镧的方法主要有：1、声化学法[M.Salavati-Niasari etal.Synthesis of lanthanum hydroxide and lanthanum oxide nanoparticles bysonochemical method[J].Journal of Alloys and Compounds,509(2011):4098–4103.]，这种方法容易获得氢氧化镧的纳米颗粒，但是制备产物的分散性不好，且尺寸不均一；2、传统水热法[C.Hu,H.Liu,et al.La(OH)3and La2O3Nanobelts—Synthesis and PhysicalProperties[J].Adv.Mater.19(2007):470–474.]，这种方法所获得的产物为氢氧化镧的纳米带，但是反应需要比较长的反应时间；3、溶剂热法[Hou B,Xu Y,Wu D,et al.Synthesisand characterization of ultralong lanthanum hydroxide nanorods viasolvothermal method[J].J Mater Sci,2007(42):1397-1400.]，这种方法容易获得纯相的纳米材料，但是所制备的氢氧化镧的分散性不好；4、沉淀法[李天旻.草酸沉淀法/碳酸氢铵沉淀法制备稀土氧化物粉末[D].上海：华东理工大学，2013.]，该方法制备的样品产物粒度大，分布不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶及其方法，该方法操作简单，重复性好，反应能耗低，环境友好；经该方法制得的棒状氢氧化镧纳米晶粒尺寸小，分散性好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将La(NO3)3·2H2O溶解于去离子水中，制成浓度为0.05～1mol/L的透明溶液A；
2)向透明溶液A中逐滴加入二乙烯三胺，使得溶液中二乙烯三胺的浓度为0.005～0.1mol/L，制得悬浊液B；
3)将悬浊液B充分搅拌均匀，然后向其中加入模板剂聚乙烯吡咯烷酮，形成前驱体溶液C；
4)将前驱体溶液C充分搅拌均匀后，于160～200℃下，热反应6～12h，冷却到室温，将反应产物经离心收集，然后在经过洗涤、干燥，制得棒状La(OH)3纳米晶。
步骤3)所述的充分搅拌均匀是采用磁力搅拌30～90min。
步骤3)中加入的模板剂聚乙烯吡咯烷酮与二乙烯三胺的质量比为1:1。
步骤4)所述的充分搅拌均匀是在室温下搅拌30～60min。
步骤4)是将搅拌均匀的前驱体溶液C置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行热反应。
步骤4)所述离心是以7000～9000rpm下，离心5～8分钟。
步骤4)所述洗涤是依次用去离子水和无水乙醇洗涤数次。
步骤4)所述干燥是在60～80℃下，干燥2～4h。
本发明还公开了采用上述方法制得的棒状La(OH)3纳米晶。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的采用模板法制备的棒状La(OH)3纳米晶的方法，优势体现在：(1)模板剂的引入会对产物的微观结构及尺寸产生影响，有利于棒状形貌纳米晶的合成，进而影响其光学性能；(2)水热条件下所产生的低温等压的溶液环境，有利于生成缺陷少、取向性好的晶体，且容易获得晶粒尺寸小、纯度高、均匀性好的纳米材料；(3)模板剂的结构及其表面基团的作用可以使产物定向生长，容易获得发育完整，结晶性更好的产物。因此，本发明制备工艺简单，便于操作，反应能耗低，成本低廉，反应在液相中一次完成，不需要后期处理。
经本发明方法制得的棒状La(OH)3纳米晶，晶粒尺寸小，结晶性好，分散性好。
附图说明
图1为实施例2制得的棒状La(OH)3纳米晶的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为实施例2制得的棒状La(OH)3纳米晶的扫描电镜(SEM)照片；其中，(a)为10万放大倍率下的棒状La(OH)3纳米晶SEM图；(b)为2万放大倍率下的棒状La(OH)3纳米晶SEM图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3.2H2O)溶解于去离子水中，制成浓度为0.05mol/L透明的溶液A；
2)向A溶液中逐滴加入分析纯的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的浓度为0.005mol/L，得悬浊液B；
3)将B溶液进行磁力搅拌60min，以0.05g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板剂加入搅拌好的溶液中，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述C溶液在室温下搅拌60min后，转移至容积为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置温度在160℃，反应时间控制在12h，待反应结束，反应釜自然冷却到室温；
5)产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤数次，于真空干燥箱中在80℃条件下干燥2h，得到最终的产物。
实施例2
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3.2H2O)溶解于去离子水中，制成浓度为0.10mol/L透明的溶液A；
2)向A溶液中逐滴加入分析纯的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的浓度为0.01mol/L，得悬浊液B；
3)将B溶液进行磁力搅拌30min，以0.1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板剂加入搅拌好的溶液中，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述C溶液在室温下搅拌30min后，转移至容积为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置温度在180℃，反应时间控制在12h，待反应结束，反应釜自然冷却到室温；
5)产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤数次，于真空干燥箱中在60℃条件下干燥3h，得到最终的产物。
制得的棒状La(OH)3纳米晶的X射线衍射(XRD)图谱如图1所示，扫描电镜(SEM)照片如图2所示，(a)、(b)为不同放大倍数下的照片，从图中可以看出，制备的La(OH)3是直径约为20～40nm，长度大于400nm的棒状。
实施例3
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3.2H2O)溶解于去离子水中，制成浓度为0.20mol/L透明的溶液A；
2)向A溶液中逐滴加入分析纯的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的浓度为0.02mol/L，得悬浊液B；
3)将B溶液进行磁力搅拌90min，以0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板剂加入搅拌好的溶液中，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述C溶液在室温下搅拌60min后，转移至容积为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置温度在200℃，反应时间控制在6h，待反应结束，反应釜自然冷却到室温；
5)产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤数次，于真空干燥箱中在80℃条件下干燥3h，得到最终的产物。
实施例4
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3.2H2O)溶解于去离子水中，制成浓度为0.50mol/L透明的溶液A；
2)向A溶液中逐滴加入分析纯的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的浓度为0.05mol/L，得悬浊液B；
3)将B溶液进行磁力搅拌90min，以0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板剂加入搅拌好的溶液中，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述C溶液在室温下搅拌45min后，转移至容积为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置温度在180℃，反应时间控制在12h，待反应结束，反应釜自然冷却到室温；
5)产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤数次，于真空干燥箱中在60℃条件下干燥3h，得到最终的产物。
实施例5
一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，包括以下步骤：
1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3.2H2O)溶解于去离子水中，制成浓度为1mol/L透明的溶液A；
2)向A溶液中逐滴加入分析纯的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的浓度为0.1mol/L，得悬浊液B；
3)将B溶液进行磁力搅拌90min，以1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板剂加入搅拌好的溶液中，形成前驱物溶液，所得溶液记为C；
4)将上述C溶液在室温下搅拌30min后，转移至容积为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置温度在180℃，反应时间控制在12h，待反应结束，反应釜自然冷却到室温；
5)产物经过离心收集，然后分别用去离子水，无水乙醇洗涤数次，于真空干燥箱中在60℃条件下干燥4h，得到最终的产物。
综上所述，本发明制备工艺简单，便于操作，反应能耗低，成本低廉，反应在液相中一次完成，不需要后期处理。经本发明方法制得的产物呈棒状结构，晶粒尺寸小，结晶性好，分散性好。

Claims (9)

1.一种采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将La(NO3)3·2H2O溶解于去离子水中，制成浓度为0.05～1mol/L的透明溶液A；
2)向透明溶液A中逐滴加入二乙烯三胺，使得溶液中二乙烯三胺的浓度为0.005～0.1mol/L，制得悬浊液B；
3)将悬浊液B充分搅拌均匀，然后向其中加入模板剂聚乙烯吡咯烷酮，形成前驱体溶液C；
4)将前驱体溶液C充分搅拌均匀后，于160～200℃下，热反应6～12h，冷却到室温，将反应产物经离心收集，然后在经过洗涤、干燥，制得棒状La(OH)3纳米晶。
2.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤3)所述的充分搅拌均匀是采用磁力搅拌30～90min。
3.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤3)中加入的模板剂聚乙烯吡咯烷酮与二乙烯三胺的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤4)所述的充分搅拌均匀是在室温下搅拌30～60min。
5.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤4)是将搅拌均匀的前驱体溶液C置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行热反应。
6.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤4)所述离心是以7000～9000rpm下，离心5～8分钟。
7.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤4)所述洗涤是依次用去离子水和无水乙醇洗涤数次。
8.根据权利要求1所述的采用模板法制备棒状La(OH)3纳米晶的方法，其特征在于，步骤4)所述干燥是在60～80℃下，干燥2～4h。
9.采用权利要求1～8中任意一项所述方法制得的棒状La(OH)3纳米晶。
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