一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO₃納米晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，首先在攪拌條件下將Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并攪拌形成反應(yīng)前驅(qū)液；其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩爾比為(0.2～0.5)：(0.55～1.5)；將反應(yīng)前驅(qū)液置于70～90℃水浴中陳化1～2.5h，生成沉淀，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；分離出沉淀并洗滌干燥，獲得片狀SmOHCO3納米晶。本發(fā)明以Sm(NO3)3為釤源，以Na2CO3為堿源，以均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶，反應(yīng)的原料易得，工藝設(shè)備簡單，能耗低，反應(yīng)在液相中經(jīng)較短的時間完成，陳化1～2.5h即可生成沉淀；所制得的SmOHCO3納米晶的純度高、結(jié)晶性良好、納米薄片的分散性好。
【專利說明】
一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種均勾沉淀法制備片狀Sm0HC03納米晶的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]稀土元素具有4^5(1^682的電子結(jié)構(gòu)，因其原子半徑大且極易失去外層的6s、5d或4f電子，而具有很強的活潑性，使得稀土金屬及其化合物表現(xiàn)出典型的光、電、磁及催化特性。將特定的納米制造技術(shù)引入功能性稀土材料的制備過程中，使稀土材料的優(yōu)勢與納米材料的特性相結(jié)合，所得到的納米稀土材料在稀土永磁材料、儲氫材料、催化材料、納米稀土熒光粉以及壓敏電阻等方面的應(yīng)用，既有望實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級換代，又將會促進稀土材料的附加值利用以及進一步發(fā)揮我國稀土資源的優(yōu)勢具有重要的研究價值及意義。不同形貌的稀土金屬堿式碳酸鹽，如紡錘狀Ce0HC03 [ Zhao D L1Yang Q , Han Z H , eta1.B1molecule-assisted Synthesis of Rare Earth Hydroxycarbonates[J].SolidState Sciences,2008,10:31-39.]、十二面體狀Nd0HC03[Xu Z Y1Zhang Y J1Fang Z Y，etal.Controllable Synthesis and Optical Properties of Nd0HC03 DodecahedralMicrocrystals[J].Materials Research Bulletin, 2010 ,45:74-79.]、及啞鈴狀Pr0HC03[Zhao D L1Yang Q,Han Z H,et al.Rare Earth Hydroxycarbonate Materials withHierarchical Structures: Preparat1n and Characterizat1n , and CatalyticActivity of Derived 0xides[J].Solid State Sciences，2008，10:1028-103]等已有文獻報道。
[0003]無機半導(dǎo)體材料的形貌、尺寸、晶型和暴露晶面對于其光、電、磁和化學(xué)特性有重要的影響。堿式碳酸釤作為一種重要的鑭系稀土化合物材料被廣泛應(yīng)用于電子和陶瓷工業(yè)領(lǐng)域。因釤極易被磁化且不易消磁，堿式碳酸釤有望在固態(tài)電子部件和超導(dǎo)材料中有重要的應(yīng)用。以堿式碳酸釤作為前驅(qū)體也被廣泛用于氧化釤的制備中。另外，有研究表明Eu3+摻雜的SmCO3OH可用于制備光轉(zhuǎn)換薄膜以提高光的利用率。八面體狀Sm0HC03[Zhang Y J1He HΜ,Yang X Z,et al.Morphology-controlled Synthesis,Characterizat1n,GrowthMechanism of SmOHCOswith High Uniform Size and Photoluminescence Property ofSmOHCO3:Eu3+[JJ.Powder Technology，2012，224:175-182.]、菱形Sm0HC03[Yin X B1ZhangY J1Fang Z Y,et al.Hydrothermal Synthesis of Rhombus-like SmCOsOH Microplatesand Its Photoluminescence Property Doped with Eu3+[J].Chinese Journal ofChemical Physics ,2010,23: 102-106.]。目前已有報道的堿式碳酸釤的結(jié)構(gòu)主要為SmOHCO3，制備方法均為水熱法，但是水熱法的制備周期較長，一般的水熱反應(yīng)需要12-24h。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，制備周期短。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]包括以下步驟:
[0007]I)在攪拌條件下將Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并攪拌形成反應(yīng)前驅(qū)液；其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩爾比為(0.2?0.5):(0.55?1.5);
[0008]2)將反應(yīng)前驅(qū)液置于70?90 °C水浴中陳化I?2.5h，生成沉淀，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0009 ] 3)分離出步驟2)中的沉淀并洗滌干燥，獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0010]進一步地，步驟I)中Sm(NO3)3溶液的濃度為0.2?0.5mol.L—1。
[0011]進一步地，步驟I)中Na2CO3溶液的濃度為0.55?1.5mol.L—1。
[0012]進一步地，步驟I)中Sm(NO3)3溶液的滴加速率為5mL/min。
[0013]進一步地，步驟I)的Sm(M)3) 3溶液全部滴入Na2CO3溶液中后，繼續(xù)攪拌I?2h形成反應(yīng)前驅(qū)液。
[0014]進一步地，步驟3)中依次采用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌4?6次。
[0015]進一步地，步驟3)中的干燥是在60?80°C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2?4h。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0017]本發(fā)明以Sm(NO3)3為釤源，以Na2CO3為堿源，以均勻沉淀法制備片狀SmOH⑶3納米晶，所制得的SmOHCO3納米晶的純度高、結(jié)晶性良好、納米薄片的分散性好，制得的納米薄片的平均厚度為lOOnm。相對于傳統(tǒng)的水熱法，本發(fā)明反應(yīng)的原料易得，工藝設(shè)備簡單，能耗低，反應(yīng)在液相中經(jīng)較短的時間完成，陳化I?2.5h即可生成沉淀;且該反應(yīng)在常壓下進行，以水作為反應(yīng)溶劑，安全性好，可行性強，操作簡單，所以非常經(jīng)濟、實用，具有很好的工業(yè)化前景。因釤極易被磁化且不易消磁，本發(fā)明制得的片狀結(jié)構(gòu)有利于電子的傳導(dǎo)，使得SmOHCO3有望在固態(tài)電子部件和超導(dǎo)材料中取得重要的應(yīng)用前景。
【【附圖說明】】
[0018]圖1是本發(fā)明所制備的片狀SmOHCO3納米晶的XRD圖；
[0019]圖2是本發(fā)明所制備的片狀SmOHCO3納米晶的SEM圖。
【【具體實施方式】】
[0020]本發(fā)明制備方法包括以下步驟:
[0021]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于適量蒸餾水中制得Sm3+濃度為0.2?
0.5mol.L—1 的 Sm (NO3) 3溶液；
[0022]2)采用一定量分析純Na2CO3為堿源，溶于適量蒸餾水中制成濃度為0.55?1.5mol.L一1 的Na2CO3溶液;
[0023]3)在磁力攪拌條件下，將等體積的Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并在滴加完成之后繼續(xù)攪拌I?2h形成反應(yīng)前驅(qū)液;其中Sm(NO3)3溶液和Na2CO3溶液為等體積混合，因此Sm(NO3)3和Na2CO3的摩爾比為(0.2?0.5):(0.55?1.5);其中，Sm(NO3)3溶液的滴加速率為 5mL/min;
[0024]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于70?90°C水浴中陳化I?2.5h，生成沉淀，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0025]5)分離出步驟2)中的沉淀并依次用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌4?6次，具體是先用水洗兩次洗掉水溶性物質(zhì)，再用無水乙醇洗兩到四次洗掉醇溶性物質(zhì);再收集產(chǎn)物在60?80 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2?4h，獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0027]實施例1:
[0028]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.2mol.L一1的溶液A;
[0029]2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為0.55mol.L—1的溶液B;
[0030]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌Ih形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0031]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于80°C水浴中陳化2h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0032]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌4次，置于60 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥4h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0033]實施例2:
[0034]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.25mol.L—1的溶液A;
[0035]2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為0.75mol.L—1的溶液B;
[0036]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌Ih形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0037]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于70°C水浴中陳化2.5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0038]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌5次，置于70 °C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥3h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0039]實施例3:
[0040]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.35mol.L—1的溶液A;
[0041 ] 2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為1.0mol.L—1的溶液B;
[0042]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌Ih形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0043]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于90°C水浴中陳化lh，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0044]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌6次，置于80 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0045]實施例4:
[0046]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.4mol.L一1的溶液A;
[0047]2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為1.1mol.L—1的溶液B;
[0048]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌Ih形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0049]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于80°C水浴中陳化lh，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0050]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌6次，置于70 °C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥3h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0051 ] 實施例5:
[0052]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.5mol.L一1的溶液A;
[0053]2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為1.5mol.L—1的溶液B;
[0054]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌Ih形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0055]4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于80°C水浴中陳化1.5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0056]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌5次，置于80 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2.5h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0057]實施例6:
[0058]I)將一定量分析純Sm(NO3)3.6H20溶于50mL蒸餾水中制成Sm3+濃度為0.5mol.L一1的溶液A;
[0059]2)將一定量分析純Na2CO3溶于50mL蒸餾水中制成濃度為1.5mol.L—1的溶液B;
[0060]3)在磁力攪拌下將溶液A逐滴滴入溶液B中，繼續(xù)攪拌2h形成反應(yīng)前驅(qū)液；
[0061 ] 4)將反應(yīng)前驅(qū)液置于80°C水浴中陳化2.5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；
[0062]5)產(chǎn)物依次利用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌5次，置于80 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2.5h，即獲得片狀SmOHCO3納米晶。
[0063]圖1是本發(fā)明實施例6所制備的SmOHCO3納米晶的XRD圖，從圖中可以看出產(chǎn)物的純度高，結(jié)晶性強，晶體結(jié)構(gòu)為六方相，取向性生長明顯。
[0064]圖2是本發(fā)明實施例6所制備的SmOHCO3納米晶在放大一萬倍時拍攝的掃描照片，從圖中可以看出產(chǎn)物為納米薄片結(jié)構(gòu)且分散性較好，納米薄片的平均厚度為lOOnm。
[0065]本發(fā)明的最佳堿源為碳酸鈉，因不同堿源釋放出0H—和C032—的條件和速率不同，從而決定晶粒能否成核及沿什么方向生長。本發(fā)明的反應(yīng)物及反應(yīng)條件，如釤離子濃度，碳酸鈉的濃度，水浴反應(yīng)溫度和時間，均是通過大量實驗驗證所得的最佳反應(yīng)條件。當(dāng)硝酸釤和碳酸鈉的配比發(fā)生改變，產(chǎn)物的形貌會相應(yīng)發(fā)生改變，比如當(dāng)采用二乙烯三胺為堿源時，產(chǎn)物為棒狀，無法得到本發(fā)明的薄片狀結(jié)構(gòu)。
[0066]本發(fā)明提供了一種簡單高效的均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3的方法，與水熱法相比，均勻沉淀法的儀器設(shè)備更簡單、操作更簡便，容易控制，具有反應(yīng)時間短、安全性好且耗能低等突出優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在攪拌條件下將Sm(NO3)3溶液逐滴滴入Na2CO3溶液中，并攪拌形成反應(yīng)前驅(qū)液;其中Sm(NO3)3和Na2CO3的摩爾比為(0.2?0.5):(0.55?1.5); 2)將反應(yīng)前驅(qū)液置于70?90°C水浴中陳化I?2.5h，生成沉淀，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫; 3)分離出步驟2)中的沉淀并洗滌干燥，獲得片狀SmOHCO3納米晶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟I)中Sm(NO3)3溶液的濃度為0.2?0.5mol.L^103.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟I)中Na2CO3溶液的濃度為0.55?1.5mol.L—1O4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟I)中Sm(NO3)3溶液的滴加速率為5mL/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟I)的Sm(NO3)3溶液全部滴入Na2CO3溶液中后，繼續(xù)攪拌I?2h形成反應(yīng)前驅(qū)液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟3)中依次采用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌4?6次。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻沉淀法制備片狀SmOHCO3納米晶的方法，其特征在于，步驟3)中的干燥是在60?80 0C的電熱真空干燥箱內(nèi)干燥2?4h。
【文檔編號】C01F17/00GK106044831SQ201610364489
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】李凱斌, 石啟英, 王書民, 常亮亮, 周春生, 張國春, 任有良
【申請人】商洛學(xué)院