CN110294495B - 一种制备TaO2F纳米棒的方法 - Google Patents

一种制备TaO2F纳米棒的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110294495B
CN110294495B CN201910451087.7A CN201910451087A CN110294495B CN 110294495 B CN110294495 B CN 110294495B CN 201910451087 A CN201910451087 A CN 201910451087A CN 110294495 B CN110294495 B CN 110294495B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tao
reaction kettle
acetic acid
hydrothermal reaction
nano rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910451087.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110294495A (zh
Inventor
耿欣
温广武
李玉真
赵凛啸
王鹏
李俐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN201910451087.7A priority Critical patent/CN110294495B/zh
Publication of CN110294495A publication Critical patent/CN110294495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110294495B publication Critical patent/CN110294495B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G35/00—Compounds of tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供一种TaO2F纳米棒的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。其特征在于：以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料。（1）将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：（1～8），搅拌均匀；（2）将乙酸与去离子水按照体积比（0.1671～6）：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到的含钽和氟离子溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至120~170℃，反应12~48小时；（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。本发明制备的TaO2F纳米棒为单晶相，单根纳米棒中不含第二相，TaO2F纳米棒的宽度为3‑4 nm，长度约20 nm，本发明制备工艺简单，周期短。

Description

一种制备TaO2F纳米棒的方法
技术领域
本发明涉及一种TaO2F纳米棒的制备工艺，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
TaO2F属于Pm-3m空间群，立方ReO3晶结构，其中a=b=c=3.9Å，α=β=γ=90°；其中Ta（O/F）6八面体通过共用角部相互连接形成三维网络，其中O和F原子随机分布在可用的阴离子位点上。TaO2F材料具有低密度（6.51g/cm3）和表现出接近于零的膨胀系数：在-250到520oC范围内，其线膨胀系数只有1-3×10-7K-1。此外，TaO2F在中红外区域中没有固有的吸收带，可以作为红外波段的透波材料，是红外热成像系统中的光学元件的重要材料。虽然TaO2F材料在500℃以上的空气氛围中会发生分解，但是其在800℃以下其分解速率非常的缓慢。
另一方面，氢气（H2）被认为是替代化石燃料以解决严重的环境污染和能源危机的理想候选者，通过电和光辐照驱动水分解成氢气和氧气是理想的策略。而TaO2F具有优异的化学稳定性和抗蚀性；其禁带宽度约为3.91eV，被认为是一种宽带隙半导体材料；其中Ta，O和F的组合使其具有独特的电子结构，使其在光催化和电催化领域具有广泛的应用前景。此外，具有纳米结构的TaO2F在纳米尺度，量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应等要发挥作用，将进一步提高其光或电催化能力。
然而，目前关于TaO2F的合成研究极少，Frevel 和Rinn在论文“The crystalstructure of NbO2F and TaO2F”中将金属钽粉溶解在盛有浓氢氟酸的Pt坩埚中，然后在80oC下缓慢蒸发至干，并将所得到的白色粉末在250oC 空气氛围下煅烧1小时，即可得到TaO2F粉体。该方法的缺点是，所制备的粉体粒径非常大，且高度聚集。Sawhill 等人在论文“A near zero coefficient of thermal expansion ceramic: tantalum oxfluoride”采用上述Frevel 和Rinn 方法制备的TaO2F粉体，即使经后续在丙酮介质中球磨24小时，其粒径仍有10μm。因此，为了解决上述缺点，本发明采用水热法制备纯度高、晶体细小、粒径分布窄的TaO2F纳米棒。
发明内容
本发明的目的是解决原有TaO2F材料制备难、粒径大、纯度不高等问题；提供一种工艺简单的TaO2F纳米棒制备工艺，其技术方案为：以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料。（1）将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：（1～8），搅拌均匀；（2）将乙酸与去离子水按照体积比（0.1671～6）：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到含钽和氟溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至120~170 ℃，反应12~48 小时。（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。
本发明的工作原理是：首先金属钽粉溶解于氢氟酸中生成H2TaF7和氢气（如方程式(1)所示）；
2Ta(s) + 14HF(l)=2H2TaF7(l)+5H2(g) (1)
在水热合成过程中，钽离子发生水解反应生成TaO2F纳米棒：
H2TaF7(l)+2H2O(l)= TaO2F(s)+6HF(l) (2)
其中l代表液态，s代表固态；金属Ta遇到过量的HF酸会形成H2TaF7；加入乙酸后，整个体系呈酸性；在高温高压环境下，H2TaF7水解形成TaO2F纳米棒和HF。
本发明具有的优点：合成的TaO2F纳米棒为单晶相，纯度高，粒径分布窄；纳米棒的长度约20nm，宽度在3-4nm之间。
附图说明
图1是实施例1中制备的TaO2F纳米棒的XRD谱图。
图2是实施例1中制备的TaO2F纳米棒的EDS图谱。
图3是实施例1中制备的TaO2F纳米棒的TEM照片。
具体实施方式
实施例1:
以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料。（1）将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：8，搅拌均匀得到无色透明液体；（2）将乙酸与去离子水按照体积比0.4：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到的透明含钽和氟溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至160 ℃，反应24 小时。（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到的白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。
将制备得到的TaO2F纳米棒进行X-射线衍射物相分析（XRD），测试得到的XRD谱图如图1所示。通过与立方相TaO2F粉末衍射卡片（PDF-01-076-2370）进行直接比对，两个XRD峰对应于TaO2F相的（100）和（200）晶面。说明制备的TaO2F纳米棒为单相、高纯、几乎无杂质相的存在。此外，无其他TaO2F相的XRD峰也说明所制备的TaO2F纳米棒晶粒尺寸较小。采用能谱仪(EDS)对所制备的TaO2F纳米棒进行微区成分分析，其图谱如图2所示；样品中含有Ta、O和F三种元素。
对所制备的TaO2F进行透射电子显微镜（TEM）测试，其微观形貌和选定区域的电子衍射（SEAD）分析如图3所示。图3(a)表明所制备的TaO2F均表现出规整的纳米棒外形，产物纯净。图3(b)为图3(a)中区域(Ⅰ)的放大TEM图片，结果表明TaO2F纳米棒与纳米棒之间开始相互堆积且界限分明，此外单根TaO2F纳米棒宽度约3-4 nm而长度约为20 nm（单根TaO2F纳米棒的轮廓由黑色虚线所突出）。图3(c)对应于3(a)中区域(Ⅱ)的HRTEM 图像和选定区域的电子衍射（SEAD）分析；其中HRTEM 图像表明TaO2F纳米棒具有良好的结晶度，所测量的晶面的间距约为 0.3896 nm，对应于立方TaO2F相的(100)晶面。并且SEAD分析（对应于图3(c)中的插图）表明亮的斑点也对应于立方TaO2F相的(100)晶面。以上结果与 XRD 图谱中的最强峰晶面相符（如图1所示）；这说明本发明所制备的TaO2F纳米棒沿着（100）晶面生长。此外，对另一个区域的TaO2F纳米棒的形貌进行分析（如图3(d)所示），结果表明TaO2F纳米棒尺寸均匀，即长约为 20 nm，径向尺寸约为 3-4 nm。
实施例2:
以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料。（1）将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：1，搅拌均匀；（2）将乙酸与去离子水按照体积比6：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到的含钽和氟溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至120 ℃，反应48 小时。（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到的白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。
实施例3:
以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料。（1）将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：5，搅拌均匀；（2）将乙酸与去离子水按照体积比0.1671：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到的含钽和氟溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至170 ℃，反应12 小时。（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到的白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。

Claims (1)

1.一种制备TaO2F纳米棒的方法，其特征在于：以金属钽粉，质量分数为40%的氢氟酸、分析纯的乙酸和去离子水为原料；（1） 将金属钽粉溶解于氢氟酸中，二者的摩尔比为1：（1～8），搅拌均匀；（2）将乙酸与去离子水按照体积比（0.1671～6）：1混合均匀得到乙酸溶液；（3）在搅拌的条件下，将步骤（2）得到的乙酸溶液加入到步骤（1）中得到的含钽和氟离子溶液中；（4）采用水热法，将上述混合溶液放入水热反应釜中，并放入干燥箱中加热至120~170℃，反应12~48 小时；（5）停止加热；水热反应釜冷却至室温后，离心分离得到白色沉淀物；然后经乙醇和水洗涤、离心并干燥后，即可得TaO2F纳米棒材料。
CN201910451087.7A 2019-05-28 2019-05-28 一种制备TaO2F纳米棒的方法 Active CN110294495B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910451087.7A CN110294495B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 一种制备TaO2F纳米棒的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910451087.7A CN110294495B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 一种制备TaO2F纳米棒的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110294495A CN110294495A (zh) 2019-10-01
CN110294495B true CN110294495B (zh) 2021-12-14

Family

ID=68027249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910451087.7A Active CN110294495B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 一种制备TaO2F纳米棒的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110294495B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110902721B (zh) * 2019-12-06 2022-02-25 山东理工大学 一种棒状氟钽酸铵材料的制备方法
CN111137922B (zh) * 2020-01-04 2022-05-20 山东理工大学 一种钽氧纳米片的制备方法
CN111137921B (zh) * 2020-01-04 2022-05-20 山东理工大学 一种氟氧化钽纳米片的制备方法
CN111137923B (zh) * 2020-01-06 2022-08-16 山东理工大学 一种棱柱状氧化钽纳米材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5919720A (en) * 1997-04-15 1999-07-06 State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Materials with low or negative thermal expansion
JP2004203694A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Stella Chemifa Corp タンタル化合物及び／又はニオブ化合物の回収方法
CN104528827A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 湖州师范学院 纳米NbO2F粉体的水热制备方法
CN107413355A (zh) * 2017-06-13 2017-12-01 中国矿业大学 一种Nb3O7F纳米阵列/石墨烯异质结复合材料的制备方法
CN108264087A (zh) * 2018-03-16 2018-07-10 中国科学院广州地球化学研究所 一种单一试剂自反应制备具有定向排列Nb2O5纳米棒的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5919720A (en) * 1997-04-15 1999-07-06 State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Materials with low or negative thermal expansion
JP2004203694A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Stella Chemifa Corp タンタル化合物及び／又はニオブ化合物の回収方法
CN104528827A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 湖州师范学院 纳米NbO2F粉体的水热制备方法
CN107413355A (zh) * 2017-06-13 2017-12-01 中国矿业大学 一种Nb3O7F纳米阵列/石墨烯异质结复合材料的制备方法
CN108264087A (zh) * 2018-03-16 2018-07-10 中国科学院广州地球化学研究所 一种单一试剂自反应制备具有定向排列Nb2O5纳米棒的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Complex-Mediated Synthesis of Tantalum Oxyfluoride Hierarchical Nanostructures for Highly Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution;Leilei Xu;《Appl. Mater. Interfaces》;20160324;第8卷;第9395-9404页 *
Template-free synthesis of 3D Nb3O7F hierarchical nanostructures and enhanced photocatalytic activities;Zheng Wang;《Phys.Chem. Chem. Phys》;20130102;第15卷;全文 *
金属氧化物分级纳米结构的液相制备方法与光催化活性;段君元;《中国优秀博士论文数据库》;20131115;第36-82页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110294495A (zh) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110294495B (zh) 一种制备TaO2F纳米棒的方法
Mustapha et al. Comparative study of crystallite size using Williamson-Hall and Debye-Scherrer plots for ZnO nanoparticles
Hao et al. Highly dispersed SrTiO 3 nanocubes from a rapid sol-precipitation method
CN110357158B (zh) 一种三维海胆状纳米结构TaO2F材料的制备方法
Das et al. Determination of intrinsic strain in poly (vinylpyrrolidone)-capped silver nano-hexapod using X-ray diffraction technique
JP5607167B2 (ja) 微粉状態の固体材料、該材料の製造方法及び太陽電池における該材料の使用
Gusatti et al. Production and characterization of ZnO nanocrystals obtained by solochemical processing at different temperatures
Maurya et al. Nanostructured lead-free ferroelectric Na 0.5 Bi 0.5 TiO 3–BaTiO 3 whiskers: synthesis mechanism and structure
Choi et al. Growth mechanism of cubic MgO granule via common ion effect
Senol et al. Preparation structure and magnetic properties of Mn-doped ZnO nanoparticles prepared by hydrothermal method
Malligavathy et al. Role of pH in the hydrothermal synthesis of phase pure alpha Bi2O3 nanoparticles and its structural characterization
JP2922096B2 (ja) 六方晶窒化硼素粉末の製造方法
Yue-Xiang et al. Synthesis of nanosized zirconia particles via urea hydrolysis
Colomer et al. Synthesis and thermal evolution of TiO2-RuO2 xerogels
Hirano et al. Direct Synthesis of New Zircon‐Type ZrGeO4 and Zr (Ge, Si) O4 Solid Solutions
Din et al. Synthesis of crystalline perovskite-structured SrTiO 3 nanoparticles using an alkali hydrothermal process
Shahid et al. Synthesis and doping feasibility of composite-hydroxide-mediated approach for the Cu1-xZnxO nanomaterials
Solieman et al. Synthesis of corundum structure ITO nanocrystals by hydrothermal process at low pressure and low temperature
Djuričić et al. Preparation and properties of alumina-ceria nano-nano composites
Sujiono et al. The effects of calcination temperatures on crystal structures and morphologies of Nd1. 2FeO3 synthesized by solid-state reaction
Benhamida et al. Structural, optical and dielectric properties of Zn-doped NiO thin films synthesized via sol-gel route
Vaidya et al. Controlled Synthesis of Nanomaterials using Reverse Micelles.
CN110368963A (zh) 一种Ti离子掺杂TaO2F纳米材料的制备方法
JPS58213633A (ja) 酸化アルミニウムの製造方法
Awaltanova et al. Nanorose-like ZnCo 2 O 4 coatings synthesized via sol–gel route: morphology, grain growth and DFT simulations

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant