專利名稱：溶膠凝膠-溶劑熱法制備銅酸鑭(La₂CuO₄)粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅酸鑭粉體的制備方法，具體涉及一種溶膠凝膠-溶劑熱法制備銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法。
背景技術(shù)：
La2CuO4是由鈣鈦礦層(ABO3)和鹽巖層(AO)沿c軸方向以1 1的比例相互交疊而成的層狀類鈣鈦礦型(A2BO4)復(fù)合氧化物，它是一種ρ型半導(dǎo)體材料。由于La2CuO4是兩種不同結(jié)構(gòu)的交替組合，除具有與ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相類似的一些性能外，還具有一系列的獨(dú)特性能，如層狀結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)性和高效催化性能等。同ABO3相比，A2BO4型氧化物中AO巖鹽層的存在，使ABO3層中的BO6八面體發(fā)生畸變，從而在較大的彈性范圍內(nèi)使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。A2BO4 型復(fù)合氧化物本身是一種非整比化合物，結(jié)構(gòu)中可能存在著氧空位，使其具有氣敏性，成為優(yōu)良的半導(dǎo)體傳感器。
在超導(dǎo)材料方面，人們期望獲得轉(zhuǎn)變溫度TC高的新材料，以達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的目的，這種研究使得超導(dǎo)體系由最初的金屬元素組成的元素超導(dǎo)體擴(kuò)展到化合物和合金超導(dǎo)體、有機(jī)物超導(dǎo)體、重費(fèi)米子超導(dǎo)體(由鑭系或錒系元素組成的化合物，其超導(dǎo)電性與有效質(zhì)量較大的4f電子有關(guān)，電子是費(fèi)米子，故稱“重費(fèi)米子超導(dǎo)體”)等種類繁多，數(shù)目龐大的超導(dǎo)家族。在如此眾多的超導(dǎo)體中，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的提高卻不盡人意。這種狀況直到1986 年Bednorz和Milller在Ba-La-Cu-O氧化物中發(fā)現(xiàn)35K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度后才得以改變。由于高溫超導(dǎo)理論還沒有很好的建立，探索工作的進(jìn)展是緩慢的。雖然新超導(dǎo)體和更高溫度超導(dǎo)性時有報(bào)道，但真正的新突破還沒有取得，由于La2CuO4體系結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份簡單，可摻雜范圍廣，是研究超導(dǎo)機(jī)理理想的材料，因而受到廣泛的重視。
此外，La2CuO4在汽車尾氣催化凈化、氮氧化物催化消除、有機(jī)物催化氧化等領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景。
目前所報(bào)道的制備La2CuO4的方法主要有固態(tài)反應(yīng)法[YANG Dongsheng， WU Baimei，ZHENG ffeihua, et al. THERMAL CONDUCTIVITY OF EXCESS-OXYGEN-DOPED La2CuO4 [J]. CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS, 2001, 23 (1) :44-47]，自蔓延燃燒法[WANG Xiaohui, ZHOU Yanchun. Preparation of La2CuO4 precursor powers by self-propagating combustion synthesis and their crystallization[J]. Chinese Juournal of Material Research. 2001,15(4) :387-393.]，水熱法[ZHANG Yue, ZHANG Lei, DENG Jiguang, et al. Hydrothermal fabrication and catalytic performance of single-crystalline La2_xSrxCu04(x = 0,1)with specific morphologies for methane oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis,2009,30(4) :347-354.]等。
但這些方法都存在著自身的不足之處，例如，固態(tài)反應(yīng)法為了獲得純度高的目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)物粉應(yīng)該足夠細(xì)，且需要在高溫下長時間焙燒以及多次中間研磨，該方法耗費(fèi)時間，且在產(chǎn)物中有較多的雜質(zhì)相；對于自蔓延燃燒法，燃燒反應(yīng)十分劇烈，燃燒溫度較高，反應(yīng)過程快，不好控制，產(chǎn)品易于燒結(jié)，且產(chǎn)品中極有可能出現(xiàn)非平衡相或亞穩(wěn)相。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低制備成本，操作簡單、反應(yīng)周期短，重復(fù)性好的溶膠凝膠-溶劑熱法制備銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法，本發(fā)明的方法能夠制備出粒徑小，分布范圍窄，形貌可控的納米La2CuO4粉體。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)加入到20ml IOOml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為0. 6mol/L 3mol/L的溶液A ；
2)按La3+ Cu2+ = 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;
3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA_2Na)與金屬陽離子總和為(0. 5 1. 5) 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢鐸Omin 70min，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2% 5%的氨水，調(diào)節(jié)pH為2 5，得到溶液D ；
4)把溶膠D置于烘箱中，50°C 120°C烘干為干凝膠，將干凝膠置于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的1/2 2/3處，然后在140 180°C下處理 12h 30h，取出后冷卻到室溫；
6)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、
丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
本發(fā)明采用溶膠凝膠-溶劑熱法制備La2CuO4粉體，它的優(yōu)點(diǎn)是凝膠中不同組員分布均勻，達(dá)到分子級或原子級，反應(yīng)過程易于控制，可得到比表面積較大的粉體，并且設(shè)備要求低，操作簡單，不需要高溫煅燒處理，降低了能耗。所得納米La2CuO4粉體粒徑分布均勻，形貌可控，反應(yīng)周期短，重復(fù)性好，并且反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，大大降低了能耗，節(jié)約了成本，因此具有廣闊的發(fā)展前景。


圖1為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。
圖2為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的掃描電鏡(SEM)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)加入到50ml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為 lmol/L的溶液A ；
2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;
3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA_2Na)與金屬陽離子總和為1. 2 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢?0min，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3 %的氨水，調(diào)節(jié)pH為2，得到溶液D ；
4)把溶膠D置于烘箱中，100°C烘干為干凝膠，將干凝膠置
于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的
1/2 2/3處，然后在180°C下處理20h，取出后冷卻到室溫；
6)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
由圖1可以看出，所制備出的產(chǎn)物為純相正交晶型I^2CuO4,由圖2可以看出，產(chǎn)物的顆粒形貌為球形。
實(shí)施例2
1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)加入到20ml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為 0. 6mol/L 的溶液 A ；
2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;
3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA_2Na)與金屬陽離子總和為0. 5 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢鑜Omin，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2 %的氨水，調(diào)節(jié)pH為4，得到溶液D ；
4)把溶膠D置于烘箱中，50°C烘干為干凝膠，將干凝膠置
于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的1/2 2/3處，然后在160°C下處理25h，取出后冷卻到室溫；
6)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
實(shí)施例3
1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)加入到80ml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為 3mol/L的溶液A ；
2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;
3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA_2Na)與金屬陽離子總和為1 1的摩爾比向溶液 B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢?0min，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4%的氨水，調(diào)節(jié)pH為5，得到溶液D ；
4)把溶膠D置于烘箱中，80°C烘干為干凝膠，將干凝膠置于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的1/2 2/3處，然后在140°C下處理30h，取出后冷卻到室溫；
6)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
實(shí)施例4:
1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 ·6Η20)加入到IOOml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為 2mol/L的溶液Α;
2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;
3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA_2Na)與金屬陽離子總和為1. 5 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢?0min，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 %的氨水，調(diào)節(jié)pH為3，得到溶液D ；
4)把溶膠D置于烘箱中，120°C烘干為干凝膠，將干凝膠置于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的1/2 2/3處，然后在150°C下處理12h，取出后冷卻到室溫；
6)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
權(quán)利要求
1. 一種溶膠凝膠-溶劑熱法制備銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法，其特征在于1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3· 6H20)加入到20ml IOOml蒸餾水中制成硝酸鑭濃度為0. 6mol/L 3mol/L的溶液A ；2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩爾比向溶液A中加入分析純硝酸銅(Cu(NO3)3CH2O)得溶液B ；3)按乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)與金屬陽離子總和為(0.5 1. 5) 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，常溫?cái)嚢鐸Omin 70min，得到溶液C，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2% 5%的氨水，調(diào)節(jié)pH為2 5，得到溶液D ；4)把溶膠D置于烘箱中，50°C 120°C烘干為干凝膠，將干凝膠置于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇，加至水熱釜容積的1/2 2/3處，然后在140 180°C下處理1 30h，取出后冷卻到室溫；5)打開水熱釜，通過離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。
全文摘要
一種溶膠凝膠-溶劑熱法制備銅酸鑭粉體的方法，將硝酸鑭溶于蒸餾水，再向其中加入硝酸銅得溶液B；向溶液B中加入乙二胺四乙酸二鈉并調(diào)節(jié)pH為2～5得溶液D；把溶膠D置于烘箱中烘干為干凝膠，將干凝膠置于水熱釜中，再向水熱釜中加入無水乙醇在140～180℃下處理12h～30h，取出后冷卻到室溫；經(jīng)離心分離收集樣品，然后經(jīng)過蒸餾水、丙酮反復(fù)洗滌，干燥后即可得到La2CuO4粉體。本發(fā)明采用溶膠凝膠-溶劑熱法制備La2CuO4粉體，它的優(yōu)點(diǎn)是凝膠中不同組員分布均勻，達(dá)到分子級或原子級，反應(yīng)過程易于控制，可得到比表面積較大的粉體，并且設(shè)備要求低，操作簡單，不需要高溫煅燒處理，降低了能耗。所得納米La2CuO4粉體粒徑分布均勻，形貌可控，反應(yīng)周期短，重復(fù)性好。
文檔編號C01G3/00GK102502765SQ201110375418
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉佳, 吳建鵬, 曹麗云, 李意峰, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)