專利名稱：樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
堿式碳酸釹具有獨(dú)特的發(fā)光特性，其性質(zhì)還依賴其晶相、形貌及顆粒大小。 Biomolecule-assisted synthesis of rare earth hydroxycarbonates， Solid State Sciences 10 (2008) 31中用不同的氨基酸生物分子輔助合成了口亞鈴型的堿式碳酸釹，其發(fā)光特性 與黑白電視接收機(jī)的熒光粉匹配較好。堿式碳酸釹作為制備氧化釹的前驅(qū)物，其熱分 角牟特性在A study of the decomposition of neodymium hydroxy carbonate and neodymium carbonate hydrate ， Journal of Solid State Sciences 84 (1990) 102中做了詳細(xì)的闡述。
氧化釹(Nd203)是一種用途極其廣泛的稀土氧化物。它主要應(yīng)用于釹鐵硼(Nd - Fe -B)永磁體、玻璃著色、熒光材料、激光材料及橡膠工業(yè)添加劑。因?yàn)檠趸S的色調(diào) 高雅，且有很好的變色作用，還被廣泛應(yīng)用于陶瓷、紡織染色、超導(dǎo)以及其他功能材 料等高科技領(lǐng)域。此外，近年來對(duì)氧化釹在催化領(lǐng)域應(yīng)用的研究也日益廣泛，如催化 羧酸酯合成、脂肪醇胺化、合成橡膠等。納米化后的氧化釹具有新的性質(zhì)和用途，且 其催化活性顯著提高。氧化釹的性質(zhì)還依賴其晶相、形貌及顆粒大小。目前，文獻(xiàn)己 報(bào)道氧化釹納米顆粒和納米纖維的合成。Hydrothermal synthesis of precursors of neodymium oxide nanoparticles， Solid State Sciences 6 (2004) 1327中用水熱法制備纖維 狀堿式醋酸釹，煅燒得到纖維狀氧化釹。Sol-gel synthesis of mesoporous assembly of Nd2()3 nanocrystals with the aid of structure-directing surfactant, Solid State Sciences 10 (2008) 20中用釹醇鹽為原料，氯代月桂醇作為表面活性劑改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備出 氧化釹。目前工業(yè)上采用煅燒分解釹的草酸鹽得到工業(yè)用氧化釹。這些方法的原料相 對(duì)較貴，還要用到許多有機(jī)溶劑，操作條件一般比較苛刻。因而開發(fā)一種原料易得， 成本低廉，操作簡(jiǎn)單，處理方便，反應(yīng)條件溫和，易于工業(yè)化的堿式碳酸釹和氧化釹 合成方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料。 本發(fā)明的目的之二在于提供樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料的制備方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種樹枝狀堿式碳酸釹納米材料，其特征在于該納米材料為樹枝狀的三維結(jié)構(gòu)， 其主干長(zhǎng)為1 5 nm，側(cè)枝長(zhǎng)為100nm 2pm，樹枝直徑為50 250 nm。
一種制備上述的樹枝狀堿式碳酸釹納米材料的方法，其特征在于該方法的具體歩
驟為
a. 將可溶性釹鹽配制成水溶液；再按碳酸氫銨可溶性釹鹽- G 8): 1的摩爾 比加入碳酸氫銨，形成混合均勻的混合溶液；
b. 將上述混合溶液密封后在120 25(TC反應(yīng)1 72小時(shí)，離心分離，用去離子 水和無水乙醇洗滌；產(chǎn)物經(jīng)干燥后，即得樹枝狀堿式碳酸釹納米材料。
上述的可溶性釹鹽為硝酸釹、氯化釹或硫酸釹中的任一種。
一種樹枝狀氧化釹納米材料，由上述的樹枝狀堿式碳酸釹納米材料經(jīng)煅燒后制備 得到，其特征在于煅燒的溫度為750 80(TC，煅燒時(shí)間為2 5小時(shí)，即得到樹枝狀氧 化釹納米材料。
本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)
1. 本發(fā)明的樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料，具有獨(dú)特的三維樹枝狀納米結(jié) 構(gòu)，可用作陶瓷材料，永磁材料、激光材料、玻璃材料和超導(dǎo)體材料等。
2. 本發(fā)明采用水熱法，產(chǎn)物具有一種重現(xiàn)性好的樹枝狀形貌，為功能材料的研究 開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。
3. 本發(fā)明方法所選取的體系以工業(yè)上易得的碳酸氫銨為原料。合成出一種樹枝狀 堿式碳酸釹和氧化釹，從而大大降低了生產(chǎn)成本，提高了納米材料的生產(chǎn)效率。
4. 本發(fā)明方法僅需兩種反應(yīng)物質(zhì)，通過簡(jiǎn)便的反應(yīng)即可合成出一種樹枝狀堿式碳 酸釹和氧化釹的納米材料。且反應(yīng)中所用的溶劑為水，可以回收再利用，因此 具有操作簡(jiǎn)便、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、無污染的優(yōu)點(diǎn)。利于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的樹枝狀堿式碳酸釹掃描電子顯微鏡(SEM)圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的樹枝狀堿式碳酸釹X射線粉末衍射(XRD)圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的樹枝狀堿式碳酸釹透射電子顯微鏡(TEM)圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的樹枝狀堿式碳酸釹透射電子顯微鏡(TEM)圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例三的樹枝狀氧化釹透射電子顯微鏡(TEM)圖。 圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的樹枝狀氧化釹X射線粉末衍射(XRD)圖。 圖7為本發(fā)明實(shí)施例四的樹枝狀堿式碳酸釹透射電子顯微鏡-(TEM)圖^圖8為本發(fā)明實(shí)施例五的樹枝狀堿式碳酸釹透射電子顯微鏡(TEM)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一具體步驟如下
a. 攪拌下，將2mmol硝酸釹溶于80ml去離子水中，形成混合均勻的溶液；
b. 室溫?cái)嚢柘?，? mmol的碳酸氫銨加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30分鐘以 形成混合均勻的溶液；
c. 將上述混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，旋緊釜蓋，置于烘箱中220 'C反應(yīng) 12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，離心，用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次；
d. 將步驟c所得的樣品在80 。C干燥10小時(shí)，即得樹枝狀三維結(jié)構(gòu)的堿式碳酸 釹。
將本實(shí)例所得產(chǎn)物，用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行表征。從圖1可 見，所得產(chǎn)物是三維樹枝狀結(jié)構(gòu)。樹枝主干長(zhǎng)約l-5 pm，側(cè)枝長(zhǎng)100 nm-2 pm，樹 枝直徑50-200 nm。從圖2可見，XRD結(jié)果表明產(chǎn)物純凈為NdC03OH (與38-0400 JCPDS卡片一致)。
實(shí)施例二具體步驟如下
a. 攪拌下，將6mmol氯化釹溶于80ml去離子水中，形成混合均勻的溶液；
b. 室溫?cái)嚢柘?，?mmol的碳酸氫銨加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30分鐘以形 成混合均勻的溶液；
c. 將上述混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，旋緊釜蓋，置于烘箱中230 'C反應(yīng) 36小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，離心，用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次；
d. 將歩驟c所得的樣品在80 'C干燥10小時(shí)，得到側(cè)枝長(zhǎng)短不等的樹枝狀結(jié)構(gòu) 堿式碳酸釹。
將本實(shí)施例所得產(chǎn)物分散于無水乙醇中，用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物的 形貌進(jìn)行表征，從圖3可以清楚看到樹枝狀結(jié)構(gòu)。樹枝直徑在50 250納米。 實(shí)施例二具體歩驟如下
a. 攪拌下，將9mmol硝酸釹溶于80ml去離子水中，形成混合均勻的溶液；
b. 室溫?cái)嚢柘?，? mmol的碳酸氫銨固體加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30分 鐘以形成混合均勻的溶液；
c. 將上述混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，旋緊釜蓋，置于烘箱中210 'C反應(yīng) 24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，.離心，用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次；d..將步驟c所得的樣品在8(TC干燥10小時(shí)，得到樹枝狀結(jié)構(gòu)堿式碳酸釹。 將本實(shí)施例所得產(chǎn)物分散于無水乙醇中，用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物的形貌 進(jìn)行表征，從圖4可見，所得產(chǎn)物是樹枝狀結(jié)構(gòu)。將樹枝狀結(jié)構(gòu)的堿式碳酸釹在800 'C煅燒3小時(shí)。得到如圖5所示的樹枝狀氧化釹粉末。從圖6可見，XRD結(jié)果表明 產(chǎn)物為純凈的Nd203 (與41-1089 JCPDS卡片一致)。
實(shí)施例四具體步驟如下
a. 攪拌下，將12mmol硫酸釹溶于80ml去離子水中，形成混合均勻的溶液；
b. 室溫?cái)嚢柘?，? mmol的碳酸氫銨加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30分鐘以 形成混合均勻的溶液；
c. 將上述混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，旋緊釜蓋，置于烘箱中180 "C反應(yīng) 24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，離心，用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次；
d. 將步驟c所得的樣品在80 'C干燥10小時(shí)，得到樹枝狀結(jié)構(gòu)的堿式碳酸釹。 將本實(shí)施例所得產(chǎn)物分散于無水乙醇中，用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物的形貌
進(jìn)行表征，從圖7中可見，所得產(chǎn)物為樹枝狀結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例五具體歩驟如下
a. 攪拌下，將13mmol硝酸釹溶于80ml去離子水中，形成混合均勻的溶液；
b. 室溫?cái)嚢柘?，?mmo1的碳酸氫銨固體加入到上述的溶液中，繼續(xù)攪拌30分 鐘以形成混合均勻的溶液；
c. 將上述混合均勻的溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，旋緊釜蓋，置于烘箱中200'C反應(yīng)6
小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，離心，用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次；
d. 將歩驟c所得的樣品在8(TC干燥10小時(shí)，得到樹枝狀結(jié)構(gòu)的堿式碳酸釹。 將本實(shí)施例所得產(chǎn)物分散于無水乙醇中，用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行 表征，從圖8可見，所得產(chǎn)物為大小不等的樹枝狀結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種樹枝狀堿式碳酸釹納米材料，其特征在于該納米材料為樹枝狀的三維結(jié)構(gòu)，其主干長(zhǎng)為1～5μm，側(cè)枝長(zhǎng)為100nm～2μm，樹枝直徑為50～250nm。
2. —種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹枝狀堿式碳酸釹納米材料的方法，其特征在于 該方法的具體歩驟為a. 將可溶性釹鹽配制成水溶液；再按碳酸氫銨可溶性釹鹽=(3 8): 1的摩爾 比加入碳酸氫銨，攪拌均勻得混合溶液；b. 將上述混合溶液密封后在120 250'C反應(yīng)1 72小時(shí)，離心分離，用去離子 水和無水乙醇洗滌；產(chǎn)物經(jīng)干燥后，即得樹枝狀堿式碳酸釹納米材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹枝狀堿式碳酸釹納米材料的制備方法，其特征在于所述 的可溶性釹鹽為硝酸釹、氯化釹或硫酸釹中的任一種。
4. 一種樹枝狀氧化釹納米材料，由根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹枝狀堿式碳酸釹納米材 料經(jīng)煅燒后制備得到，其特征在于煅燒的溫度為750 80(TC，煅燒時(shí)間為2 5小 時(shí)，即得到樹枝狀氧化釹納米材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹枝狀堿式碳酸釹和氧化釹納米材料及其制備方法。該納米材料為樹枝狀的三維結(jié)構(gòu)，其主干長(zhǎng)為1～5μm，側(cè)枝長(zhǎng)為100nm～2μm，樹枝直徑為50～250nm。其制備方法為將可溶性釹鹽和碳酸氫銨溶解在去離子水中，形成混合均勻的混合溶液；然后在120～250℃溫度下反應(yīng)1～72小時(shí)，離心分離產(chǎn)物，水洗，乙醇洗滌后干燥獲得樹枝狀堿式碳酸釹粉末。堿式碳酸釹經(jīng)750～800℃煅燒2～5小時(shí)得到樹枝狀氧化釹粉末。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，純度高，具有高的比表面積，易于控制，易于工業(yè)化。產(chǎn)品可用作陶瓷材料，永磁材料、激光材料、玻璃材料和超導(dǎo)體等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01F17/00GK101306829SQ20081004004
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者倪紀(jì)朋, 馮永利, 勇 呂, 尚興付, 岳寶華, 張良苗, 陸文聰 申請(qǐng)人:上海大學(xué)