專利名稱：CeO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鈰納米絲。
近年來，一維納米材料引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗麄儫o論是在基礎(chǔ)科學(xué)研究還是在技術(shù)應(yīng)用方面都具有極其重大的意義[參見(a)C.M.Lieber，SolidState Commun.1998，107，607.(b)J.Hu，T.W.Odom，C.M.Lieber，Acc.Chem.Res.1999，32，435.(c)P.Yang，Y.Wu，R.Fan，Inter.J.Nanosci.2002，1，1.(d)G.R.Patzke，F(xiàn).Krumeich，R.Nesper，Angew.Chem.Int.Ed.2002，41，2446.]。一維納米結(jié)構(gòu)材料，包括納米絲、納米棒、納米線、納米帶和納米管等，不僅為我們研究電子傳輸、機(jī)械性能等與材料的尺寸及維數(shù)的關(guān)系提供了一個(gè)理想的模型，而且在納米尺度電子及光電器件的構(gòu)建中扮演著極其重要的角色。維數(shù)對(duì)材料的性能有著重大的影響，比如電子在三維、二維和一維結(jié)構(gòu)中的相互作用方式就存在著很大的差異[參見(a)C.M.Lieber，Solid State Commun.1998，107，607.(b)J.Hu，T.W.Odom，C.M.Lieber，Acc.Chem.Res.1999，32，435.(c)P.Yang，Y.Wu，R.Fan，Inter.J.Nanosci.2002，1，1.(d)G.R.Patzke，F(xiàn).Krumeich，R.Nesper，Angew.Chem.Int.Ed.2002，41，2446.]。對(duì)低維納米材料的研究，特別是一維或準(zhǔn)一維納米材料的研究，被認(rèn)為是研究其他低維材料的基礎(chǔ)。一維納米材料所具有的許多特有性能已經(jīng)被相繼發(fā)現(xiàn)和報(bào)道，這其中包括超強(qiáng)的機(jī)械韌性[參見J.Voit，Rev.Rrog.Phys.1994，57，977.]、極高的熒光效率[參見E.W.Wong，P.E.Sheedan，C.M.Lieber，Science 1997，277，1971.]、熱電性能的增強(qiáng)[參見X.F.Duan，Y.Huang，Y.Cui，J.F.Wang，C.M.Lieber，Nature 2001，409，66.]以及激光發(fā)射閾值的降低[參見Z.Zhang，X.Sun，M.S.Dresselhaus，J.Y.Ying，J.Heremans，Phys.Rev.B 2000，61，4850.]等。
一維半導(dǎo)體納米材料的制備與組裝的研究在過去的幾年里取得了迅速的發(fā)展，新的方法層出不窮，在這里僅僅列舉幾種應(yīng)用面較廣、影響較為深遠(yuǎn)且發(fā)展得相對(duì)較為成熟的方法。(1)激光剝蝕法(Laser Ablation Method)；(2)溶液-液體-固體(Solution-Liquid-Solid)生長(zhǎng)法；(3)分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy)；(4)模板合成法(Tamplate Method)；(5)溶劑熱方法(Solvothermal Method)。激光剝蝕法制備半導(dǎo)體納米線最早由Lieber及其合作者報(bào)道。納米線的生長(zhǎng)過程遵循氣-液-固(Vapro-Liquid-Solid)的生長(zhǎng)模型，可以根據(jù)相圖來選擇合適的催化劑來催化納米晶體的一維生長(zhǎng)。溶液-液體-固體生長(zhǎng)法首先由Buhro課題組在制備III-V族化合物(InP、InAs、GaAs)的過程中創(chuàng)建的。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于能在較低的溫度下制備晶態(tài)的一維III-V族半導(dǎo)體納米材料。其生長(zhǎng)機(jī)理與傳統(tǒng)的氣-液-固機(jī)理有很大的相似之處。物理學(xué)家則更傾向于用分子束外延法及其相關(guān)的方法來制備半導(dǎo)體納米線。這些方法制備納米線容易操作，對(duì)于研究物質(zhì)的性質(zhì)與尺寸、形貌的關(guān)系特別合適。最近，Zhang等利用該方法制備了很長(zhǎng)的CdTe納米線。溶劑熱的方法合成一維納米材料近年來得到了迅速的發(fā)展，Qian Yitai課題組和Xia Younan課題組在該領(lǐng)域里開展了系統(tǒng)的卓有成效的工作。該方法主要是將反應(yīng)物置于封閉的反應(yīng)釜中于相對(duì)較高的溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)，從而促進(jìn)晶體的一維生長(zhǎng)。模板方法在一維納米材料的制備中的應(yīng)用極為廣泛。多孔膜是最常用的模板之一。常用的多孔膜有兩類一是“軌跡刻蝕”聚合物膜(“Track-etch”Polymeric Membrane)；二是多孔氧化鋁(Porous Alumina)。新的納米孔材料正在不斷地被開發(fā)出來，比如納米孔道陣列玻璃和分子篩等。Ozin已經(jīng)對(duì)各種能用作模板的具有納米孔結(jié)構(gòu)的固體材料作了討論。近幾年，以碳納米管和DNA分子作為模板制備一維納米材料也取得了重大的進(jìn)展。
Gedanken課題組以及本發(fā)明人的課題組相繼用超聲化學(xué)方法制備得到CeO2球形納米粒子。但尚未見有關(guān)CeO2納米絲的報(bào)道。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種CeO2納米絲，它是直徑為3～5nm，長(zhǎng)度為100～200nm的CeO2納米絲。
上述的CeO2納米絲為立方相螢石結(jié)構(gòu)的CeO2。
一種制備上述CeO2納米絲的方法，它是將CeO2球形納米粒子粉末加到濃度為5～12M的NaOH溶液中，CeO2球形納米粒子粉末與氫氧化鈉溶液量的比例范圍可以在20mg∶50mL到50mg∶50mL之間，在室溫下，用超聲波輻射反應(yīng)物溶液，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)90～240分鐘，可以將超聲波探頭直接插入反應(yīng)物溶液中反應(yīng)，反應(yīng)中，反應(yīng)混合物自然升溫，一般反應(yīng)物溫度會(huì)上升到343K左右，反應(yīng)結(jié)束后，有大量乳白色絮狀沉淀產(chǎn)生，冷卻至室溫，離心分離，沉淀用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌，將所得的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干，得到土黃色粉末，即為本發(fā)明的CeO2納米絲。
本發(fā)明的CeO2納米絲經(jīng)XRD測(cè)定，結(jié)果表明它為純的立方相螢石結(jié)構(gòu)CeO2。峰的位置與強(qiáng)度都與文獻(xiàn)值相匹配[參見Joint Committee on Powder DiffractionStandards(JCPDS)，F(xiàn)ile No 4-0593.]。沒有發(fā)現(xiàn)雜相峰，表明產(chǎn)品的純度比較高。通過TEM照片，觀察到本發(fā)明的CeO2納米絲直徑為3～5nm，長(zhǎng)度為100～200nm。
四

圖1為本發(fā)明的CeO2納米絲的XRD圖，圖中a為CeO2納米球的XRD圖；b為CeO2納米絲的XRD圖。
圖2為本發(fā)明的CeO2納米絲的TEM照片和相應(yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)圖樣。
實(shí)施例2.CeO2納米絲的制備稱取約0.02g上述所制備的CeO2球形納米粒子粉末加入到50mL 10MNaOH溶液中，將此溶液置于超聲輻射中于室溫常壓下進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)120min。超聲化學(xué)反應(yīng)是將超聲波探頭(新芝公司，1.2cm直徑，Ti頭，20KHz，功率100W/cm2)直接插入反應(yīng)物液體來進(jìn)行的。在反應(yīng)過程中，由于未加冷卻裝置，反應(yīng)物溫度會(huì)有所上升，至反應(yīng)結(jié)束時(shí)達(dá)到343K左右。反應(yīng)結(jié)束后，有大量乳白色絮狀沉淀產(chǎn)生。待冷卻至室溫以后進(jìn)行離心分離(10000rounds/min，5min)，用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌沉淀物，然后將所得到的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干。最終得到的產(chǎn)品為土黃色的粉末。粉末XRD結(jié)果(見附圖1)表明該產(chǎn)品為純的立方相螢石結(jié)構(gòu)的CeO2。峰的位置與強(qiáng)度都與文獻(xiàn)值[JointCommittee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)，F(xiàn)ile No 4-0593.]相匹配。沒有發(fā)現(xiàn)雜相峰，表明產(chǎn)品的純度比較高。通過TEM照片(見附圖2)觀察到如此制備的CeO2是直徑為3-5nm、長(zhǎng)度為100-200nm的納米絲。而且由選區(qū)電子衍射圖樣可進(jìn)一步證實(shí)這些納米絲為立方相CeO2。
實(shí)施例3.CeO2納米絲的制備按實(shí)施例2的步驟制備CeO2納米絲，但反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至240min，得到相同的結(jié)果。
實(shí)施例4.CeO2納米絲的制備按實(shí)施例2的步驟制備CeO2納米絲，但NaOH溶液用20mL，超聲化學(xué)反應(yīng)時(shí)間改為90min，得到相似的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種CeO2納米絲，其特征是它是直徑為4～5nm，長(zhǎng)度為100～200nm的CeO2納米絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CeO2納米絲，其特征是它為立方相螢石結(jié)構(gòu)的CeO2納米絲。
3.一種制備上述CeO2納米絲的方法，其特征是將CeO2球形納米粒子粉末加到濃度為5～12M的NaOH溶液中，在室溫下，用超聲波輻射反應(yīng)物溶液，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)90-240分鐘，反應(yīng)中，反應(yīng)混合物自然升溫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，離心分離出沉淀，沉淀用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌，將所得的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干，得到土黃色粉末，即為本發(fā)明的CeO2納米絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備CeO2納米絲的方法，其特征是CeO2球形納米粒子粉末與氫氧化鈉溶液量的比例范圍是在20mg50mL到50mg50mL之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備CeO2納米絲的方法，其特征是用超聲波輻射反應(yīng)物溶液，是將超聲波探頭直接插入反應(yīng)物溶液中。
全文摘要
一種CeO
文檔編號(hào)C01F17/00GK1462725SQ03131978
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者朱俊杰, 王輝, 陳洪淵 申請(qǐng)人:南京大學(xué)