CN109437296B - 一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，将摩尔数比为1:4的硝酸锆和氢氧化钾分别配成去离子水溶液，两者混合后将得到的沉淀溶液用超声处理，再将此沉淀溶液真空抽滤、烘干得到前驱体，将前驱体与作为熔盐的氯化钠研磨混合均匀，将混合物置于坩埚中，放入电炉中保温3h～8h，取出，冷却，冷却后的试样用去离子水清洗后烘干即可。本发明实现了采用熔盐法制备出四方相氧化锆纳米棒，具有工艺简单，纳米棒粉体的尺寸容易控制，成本低，不采用有机表面活性剂，无污染，易于实现规模化生产的优点，制备出的氧化锆纳米棒粉体因其独特的棒状结构，在电子、光学、航空航天、生物、陶瓷、机械、化学等领域有着更加广泛的应用前景。

Description

一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法。
背景技术
氧化锆是一种非常重要的功能材料，在电子、光学、航空航天、生物、陶瓷、耐火材料、机械、化学等领域有着广泛的应用。在不同温度下，氧化锆主要以三种同质异形体存在，如单斜相氧化锆、四方相氧化锆和立方相氧化锆，其中，四方相氧化锆或立方相氧化锆在催化材料、氧传感器及高温燃料电池等方面具有广阔的应用前景。纳米级氧化锆如纳米颗粒、纳米棒等具有新的物理性能，在许多领域有着潜在的应用，目前纳米级氧化锆的制备方法包括溶胶-凝胶法，共沉积法，水热合成法等，但目前的制备方法所得产物多为三斜相。
众所周知，具有特殊形貌的纳米晶体材料往往会表现出一些优异的性能，因此，制备出形貌新颖的四方相氧化锆纳米晶体，在理论基础研究和实际应用方面都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、形貌可控、易于实现工业化的熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，所制备出的氧化锆纳米棒因其独特的棒状结构，在电子、光学、航空航天、生物、陶瓷、耐火材料、机械、化学等领域具有更加优异的性能，因而有着更加广泛的应用前景。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其包括以下步骤：
(1)将硝酸锆配成溶液，调节溶液中锆离子的浓度为0.2～1.0mol/L；
(2)将氢氧化钾配成溶液，调节溶液中的钾离子的浓度为0.8～4.0mol/L；
(3)将步骤(1)制得的硝酸锆水溶液和步骤(2)制得的氢氧化钾水溶液混合，混合时硝酸锆和氢氧化钾的摩尔比为1:4，将得到的沉淀溶液用超声波超声10～30分钟，然后进行真空抽滤，将抽滤所得的固体产物烘干得到前驱体；
(4)将步骤(3)制得的前驱体与作为熔盐的氯化钠进行充分研磨，前驱体与氯化钠的重量比为1:4～1:10，将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中，再将坩埚放入电炉中，在810～1000℃条件下保温3h～8h后，取出，冷却；
(5)将冷却后的试样用去离子水清洗后烘干，即得到结晶良好的四方相氧化锆纳米棒。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其中，所述的硝酸锆和氢氧化钾的纯度均不低于化学纯。
前述的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其中，步骤(3)中超声的功率为500-1000W。
前述的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其中，所得四方相氧化锆纳米棒的长度为100～200nm，直径约为20～50nm。
前述的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其中，所得钼酸铅树枝状晶体可用于制备电子材料、光学材料、陶瓷材料、耐火材料等。
本发明的有益效果在于：
本发明采用熔盐法制备出了结晶度好(结晶度大于95％)、纯度高(纯度大于99％)的四方相氧化锆纳米棒粉体，所得四方相氧化锆纳米棒的长度为100～200nm，直径约为20～50nm，纳米棒的尺寸可以通过改变工艺参数进行调节。本发明的熔盐法制备氧化锆纳米棒粉体的方法，具有设备简单、工艺快速高效、条件容易控制、制备的成本低廉等优点，并且本发明不采用任何有机表面活性剂，无环境污染、易于工业化生产。本发明中采用熔盐法制备出的氧化锆纳米棒粉体因其独特的棒状结构，在电子、光学、航空航天、生物、陶瓷、耐火材料、机械、化学等领域具有更加优异的性能，因而有着更加广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明合成的四方相氧化锆纳米棒的XRD图谱；
图2是本发明合成的四方相氧化锆纳米棒的透射电镜(TEM)照片；
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
(1)将硝酸锆配成溶液，调节溶液中锆离子的浓度为0.2mol/L；
(2)将氢氧化钾配成溶液，调节溶液中的钾离子的浓度为0.8mol/L；
(3)将步骤(1)制得的硝酸锆水溶液和步骤(2)制得的氢氧化钾水溶液混合，混合时硝酸锆和氢氧化钾的摩尔比为1:4，将得到的沉淀溶液用超声波超声20分钟，超声功率为800W,然后进行真空抽滤，将抽滤所得的固体产物烘干得到前驱体；
(4)将步骤(3)制得的前驱体与作为熔盐的氯化钠固体进行充分研磨，以氯化钠作为熔盐，将有利于生成四方相氧化锆，前驱体与氯化钠的重量比为1:4，将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中，再将坩埚放入电炉中，在810℃条件下保温8h后，取出，冷却；
(5)将冷却后的试样用去离子水清洗后烘干，即得到结晶良好的四方相氧化锆纳米棒。所得到的氧化锆纳米棒的长度约为100～120nm，直径约为20～30nm。其XRD图谱见图1；透射电镜图见图2。图1和图2表明本发明方法制备出的四方相氧化锆纳米棒结晶性良好，无杂质引入，形貌尺寸均匀。
实施例2
(1)将硝酸锆配成溶液，调节溶液中锆离子的浓度为0.6mol/L；
(2)将氢氧化钾配成溶液，调节溶液中的钾离子的浓度为2.4mol/L；
(3)将步骤(1)制得的硝酸锆水溶液和步骤(2)制得的氢氧化钾水溶液混合，混合时硝酸锆和氢氧化钾的摩尔比为1:4，将得到的沉淀溶液用超声波超声10分钟，超声功率为1000W，然后进行真空抽滤，将抽滤所得的固体产物烘干得到前驱体；
(4)将步骤(3)制得的前驱体与作为熔盐的氯化钠固体进行充分研磨，以氯化钠作为熔盐，将有利于生成四方相氧化锆，前驱体与氯化钠的重量比为1:7，将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中，再将坩埚放入电炉中，在900℃条件下保温5h后，取出，冷却；
(5)将冷却后的试样用去离子水清洗后烘干，即得到结晶良好的四方相氧化锆纳米棒。所得到的氧化锆纳米棒的长度约为120-150nm，直径约为30-40nm。
实施例3
(1)将硝酸锆配成溶液，调节溶液中锆离子的浓度为1.0mol/L；
(2)将氢氧化钾配成溶液，调节溶液中的钾离子的浓度为4.0mol/L；
(3)将步骤(1)制得的硝酸锆水溶液和步骤(2)制得的氢氧化钾水溶液混合，混合时硝酸锆和氢氧化钾的摩尔比为1:4，将得到的沉淀溶液用超声波超声30分钟，超声功率为500W,然后进行真空抽滤，将抽滤所得的固体产物烘干得到前驱体；
(4)将步骤(3)制得的前驱体与作为熔盐的氯化钠固体进行充分研磨，以氯化钠作为熔盐，将有利于生成四方相氧化锆，前驱体与氯化钠的重量比为1:10，将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中，再将坩埚放入电炉中，在1000℃条件下保温3h后，取出，冷却；
(5)将冷却后的试样用去离子水清洗后烘干，即得到结晶良好的四方相氧化锆纳米棒。所得到的氧化锆纳米棒的长度约为150-200nm，直径约为40-50nm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将硝酸锆配成溶液，调节溶液中锆离子的浓度为0.2～1.0mol/L；
(2)将氢氧化钾配成溶液，调节溶液中的钾离子的浓度为0.8～4.0mol/L；
(3)将步骤(1)制得的硝酸锆水溶液和步骤(2)制得的氢氧化钾水溶液混合，混合时硝酸锆和氢氧化钾的摩尔比为1:4，将得到的沉淀溶液用超声波超声10～30分钟，然后进行真空抽滤，将抽滤所得的固体产物烘干得到前驱体；
(4)将步骤(3)制得的前驱体与作为熔盐的氯化钠进行充分研磨，前驱体与氯化钠的重量比为1:4～1:10，将研磨后的混合物置于刚玉坩埚中，再将坩埚放入电炉中，在810～1000℃条件下保温3h～8h后，取出，冷却；
(5)将冷却后的试样用去离子水清洗后烘干，即得到结晶良好的四方相氧化锆纳米棒，所得四方相氧化锆纳米棒的长度为100～200nm，直径为20～50nm。
2.根据权利要求1所述的熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其特征在于所述的硝酸锆和氢氧化钾的纯度均不低于化学纯。
3.根据权利要求1所述的熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法，其特征在于步骤(3)中超声的功率为500-1000W。
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