專利名稱：一種鉭酸鍶鉍插層化合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，更具體地涉及一種通過(guò)將插入物無(wú)機(jī)化合物插入到聚合物得到的有機(jī)-無(wú)機(jī)插層納米復(fù)合材料，以及這種復(fù)合材料的制備方法，特別是一種鉭酸鍶鉍插層化合物及其這種化合物的制備方法。
背景領(lǐng)域有機(jī)-無(wú)機(jī)插層納米復(fù)合材料是近二十年出現(xiàn)的一類新型人工合成的納米復(fù)合材料，如石墨層間化合物、層狀硅酸鹽/有機(jī)納米復(fù)合材料等。如公開(kāi)號(hào)為CN1508069A中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)的層狀硅酸鹽插層化合物的制備方法、其中制備的插層化合物及其用途。
具有層狀結(jié)構(gòu)的化合物中，層內(nèi)存在強(qiáng)烈的共價(jià)鍵作用，層間則是一種弱的相互作用力。當(dāng)層為電中性時(shí)，這種作用力一般是范德華力；當(dāng)層為正電性或負(fù)電性時(shí)，則是弱的靜電力。在一定的條件下，某些物質(zhì)(原子、分子、離子或聚合物)可克服層狀物質(zhì)各層之間的作用力而插入層間空隙，形成插層化合物。在此類物質(zhì)中層狀物質(zhì)被形象地稱為母體，插入物被稱為客體。
早在1841年Schaufautl首次報(bào)道硫酸根離子-石墨插層化合物時(shí)，插層化合物的研究就已經(jīng)開(kāi)始了，但是直到二十世紀(jì)六十年代，插層化合物的研究才引起人們的廣泛興趣。然而初期研究?jī)H限于無(wú)機(jī)物或有機(jī)小分子與層狀化合物的反應(yīng)。
Fukushima等首先使用具有陽(yáng)離子交換能力1.19mmol/g的蒙脫土和ε-己內(nèi)酰銨在酸性條件下合成了納米級(jí)復(fù)合材料，結(jié)果使硅酸鹽以單層片狀體均勻地分散在Nylon-6聚合物體系中，從此聚合物一無(wú)機(jī)層狀化合物納米復(fù)合材料地研究迅速發(fā)展。Lan等首先系統(tǒng)地研究了環(huán)氧樹(shù)脂-粘土體系，得到了單層片狀體均勻分散在聚合物交連網(wǎng)中的復(fù)合材料，從而將有機(jī)-無(wú)機(jī)層狀化合物納米復(fù)合材料的研究范圍從線形高分子拓展到交聯(lián)高分子。有機(jī)/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料與常規(guī)的有機(jī)/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料體系不同，不是有機(jī)相與無(wú)機(jī)相的簡(jiǎn)單混合，而是在納米尺寸范圍內(nèi)復(fù)合而成的。分散相和連續(xù)相之間界面積非常大，界面間具有很強(qiáng)的相互作用，產(chǎn)生理想的粘結(jié)性能。聚合物/無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料不僅具有納米材料的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性質(zhì)，而且將無(wú)機(jī)物和聚合物的性能結(jié)合在一起，產(chǎn)生了許多特異的性能。在電子學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題一方面是提供一種鉭酸鍶鉍插層化合物。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題的另一方面是提供該鉭酸鍶鉍插層化合物的制備方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供一種鉭酸鍶鉍插層化合物，它母體具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)Bi2SrTa2O9(I)客體為C1-C18烷基胺或卟啉類化合物。
本發(fā)明優(yōu)選的客體為正丙胺、正八胺、正十二胺、正十八胺、四苯基卟啉。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種制備上述鉭酸鍶鉍插層化合物的制備方法，它應(yīng)該含有如下步驟將酸化后的鉭酸鍶鉍放入含客體化合物的液體中，得到插層化合物。
上述方法具體包括如下步驟1、按一定摩爾量分別稱取氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)和碳酸鍶(SrCO3)，混合并研磨，使之充分混合均勻，混合均勻的物料在900℃、1000℃和1200℃的條件下分別煅燒15小時(shí)、15小時(shí)和24小時(shí)，得母體鉭酸鍶鉍粉末；2、將煅燒過(guò)后的物料加入酸溶液進(jìn)行酸化；酸化以后，分離酸溶液與產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、烘干后得酸化后的鉭酸鍶鉍粉末；3、將一定量酸化后的鉭酸鍶鉍粉末置于容器中，加入有機(jī)溶劑混合均勻，再將混合均勻后的溶液置于平面載體上，干燥后使酸化后的鉭酸鍶鉍粉末均勻的附著于平面載體上；4、將附著有酸化后的鉭酸鍶鉍粉末平面載體插入到含有客體溶液的容器中，攪拌使之充分反應(yīng)，反應(yīng)完全后，取出平面載體，刮下平面載體上的反應(yīng)物，即得鉭酸鍶鉍插層化合物。
上述制備方法中，優(yōu)選的煅燒溫度為900℃-1200℃。
優(yōu)選的酸溶液為無(wú)機(jī)酸，更好為鹽酸。
優(yōu)選的有機(jī)溶劑為丙酮。
優(yōu)選的平面載體為載玻片。
在上述步驟中，酸化時(shí)間為48小時(shí)；產(chǎn)物的烘干溫度為120℃。
在上述步驟中，酸化后的鉭酸鍶鉍粉與客體溶液的反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)。
本案發(fā)明人在經(jīng)過(guò)廣泛而深入的研究后，首次用層析法制備了一系列納米插層化合物，將正丙胺、正八胺、正十二胺、正十八胺、四苯基卟啉這一系列客體化合物成功地插入母體鉭酸鍶鉍中，并研究了這一系列插層化合物的譜學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
通過(guò)測(cè)量此類化合物的紅外吸收光譜，說(shuō)明鉭酸鍶鉍、胺類插層化合物和四苯基卟啉插層化合物存在相同的結(jié)構(gòu)。據(jù)此可推斷，1200cm-1到400cm-1之間的吸收峰是層狀化合物本身層板的結(jié)構(gòu)，并且此結(jié)構(gòu)在整個(gè)插層反應(yīng)的過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生改變。
通過(guò)測(cè)量此類化合物的紫外吸收光譜說(shuō)明鉭酸鍶鉍、胺類插層化合物和四苯基卟啉化合物都包含有鉭酸鍶鉍層板的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于制備方法簡(jiǎn)單，高效；對(duì)環(huán)境無(wú)污染。


圖1為本發(fā)明鉭酸鍶鉍納米層狀化合物的成分的XRD圖；圖2為本發(fā)明鉭酸鍶鉍中插入一系列客體后的成分的XRD圖，圖中(1)表示正三胺插層化合物，(2)表示正八胺插層化合物，(3)表示正十二胺插層化合物，(4)表示正十八胺插層化合物，(5)表示四苯基卟啉插層化合物。
具體實(shí)施例方式
一種鉭酸鍶鉍插層化合物，它的母體具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)Bi2SrTa2O9(I)客體為C1-C18烷基胺或卟啉類化合物。
在本發(fā)明的鉭酸鍶鉍插層化合物中，使用鉭酸鍶鉍作為母體，C1-C18烷基胺或卟啉類化合物，如正丙胺、正八胺、正十二胺、正十八胺和四苯基卟啉作為客體。通過(guò)紅外光譜圖，說(shuō)明鉭酸鍶鉍、胺類插層化合物和四苯基卟啉插層化合物存在相同的結(jié)構(gòu)。據(jù)此可推斷，1200cm-1到400cm-1之間的吸收峰是層狀化合物本身層板的結(jié)構(gòu)，并且此結(jié)構(gòu)在整個(gè)插層反應(yīng)的過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生改變。
在本發(fā)明的制備方法中，其主要的步驟是將酸化后的鉭酸鍶鉍放入含客體化合物的溶液中，得到插層化合物。至于如何將酸化后的鉭酸鍶鉍放入含客體化合物的溶液中，這個(gè)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是比較容易做到的。
如采用下列具體步驟1、按一定摩爾量分別稱取氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)和碳酸鍶(SrCO3)，混合并研磨，使之充分混合均勻，混合均勻的物料在900℃、1000℃和1200℃的條件下分別煅燒15小時(shí)、15小時(shí)和24小時(shí)，得母體鉭酸鍶鉍粉末；2、將煅燒過(guò)后的物料加入酸溶液進(jìn)行酸化；酸化以后，分離酸溶液與產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、烘干后得酸化后的鉭酸鍶鉍粉末；3、將一定量酸化后的鉭酸鍶鉍粉末置于容器中，加入有機(jī)溶劑混合均勻，再將混合均勻后的溶液置于平面載體上，干燥后使酸化后的鉭酸鍶鉍粉末均勻的附著于平面載體上；4、將附著有酸化后的鉭酸鍶鉍粉末平面載體插入到含有客體溶液的容器中，攪拌使之充分反應(yīng)，反應(yīng)完全后，取出平面載體，刮下平面載體上的反應(yīng)物，即得鉭酸鍶鉍插層化合物。
在上述具體制備方法中，氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)和碳酸鍶(SrCO3)混合后研磨的設(shè)備和時(shí)間是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，一般采用球磨機(jī)進(jìn)行研磨，研磨時(shí)間為24小時(shí)。
在上述具體制備方法中，煅燒的溫度也為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，一般為900℃-1200℃，時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行控制。
在上述具體制備方法中，采用的酸溶液選用鹽酸，但不限于此，只要選用酸溶液不會(huì)對(duì)所得的鉭酸鍶鉍性能產(chǎn)生不利影響即可，這個(gè)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是比較容易做到的。
在酸化過(guò)程中，酸化的時(shí)間和酸化產(chǎn)物的烘干溫度對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)比較容易選擇，酸化時(shí)間一般為48小時(shí)，酸化產(chǎn)物的烘干溫度一般為120℃。
在上述具體制備方法中，酸化的鉭酸鍶鉍配置成液相時(shí)，其選用的有機(jī)溶劑為丙酮，但不限于此，只要選擇的溶劑能與酸化的鉭酸鍶鉍混合均勻，不會(huì)對(duì)所得的酸化的鉭酸鍶鉍性能產(chǎn)生不利影響即可，這個(gè)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是比較容易做到的。
在上述具體制備方法中，酸化的鉭酸鍶鉍與客體反應(yīng)采用將酸化的鉭酸鍶鉍平鋪在平面載體上，這樣做可以更好地使酸化的鉭酸鍶鉍與客體反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)，但不限于此，只要兩者能夠完全反應(yīng)即可。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是示例性的，本發(fā)明并不局限于此。
實(shí)施例11、分別稱取氧化鉍(Bi2O3)9.3192g，五氧化二鉭(Ta2O5)8.8375g和碳酸鍶(SrCO3)2.9532g；將三種原料混合，放入球磨機(jī)內(nèi)研磨24小時(shí)，使之充分混合均勻；將取出的混合均勻的原料放入馬福爐中進(jìn)行煅燒。
2、取已制備好的鉭酸鍶鉍粉末5g左右于燒杯中，加入配置好的4mol/L HCl溶液200ml，于磁力攪拌器上攪拌、酸化48小時(shí)。
3、酸化以后，將鹽酸與產(chǎn)物的混合溶液置于離心分離機(jī)中進(jìn)行分離。分離之后，用蒸餾水反復(fù)洗滌產(chǎn)物，直到產(chǎn)物中的氯離子被全部去除。將分離得到的產(chǎn)物在120℃的溫度下，于干燥箱中烘干，則得到白色的酸化后的鉭酸鍶鉍粉末。
4、將酸化后的鉭酸鍶鉍置于燒杯中，加入丙酮后，將混合溶液置于超聲清洗儀中超聲分散15分鐘。然后，用滴管將充分混勻的溶液滴于載玻片上，等其完全干透以后，酸化后的鉭酸鍶鉍粉末就附著在載玻片上。最后，將載玻片斜插入盛有正丙胺溶液的燒杯中，并放入磁力攪拌子，在攪拌器上、于室溫下反應(yīng)24小時(shí)。取出載玻片，并刮下載玻片上的物質(zhì)，就可得到插入正丙胺的鉭酸鍶鉍插層化合物粉末。
實(shí)施例2制備方法同具體實(shí)施例1，但用正八胺代替正丙胺，得到插入正八胺的鉭酸鍶鉍插層化合物粉末。
實(shí)施例3制備方法同具體實(shí)施例1，但用正十二胺代替正丙胺，得到插入正十二胺的鉭酸鍶鉍插層化合物粉末。
實(shí)施例4制備方法同具體實(shí)施例1，但用正十八胺代替正丙胺，得到插入正十八胺的鉭酸鍶插層化合物粉末。
實(shí)施例5制備方法同具體實(shí)施例1，但用四苯基卟啉代替正丙胺，得到插入四苯基卟啉的鉭酸鍶插層化合物粉末。
實(shí)施例6具體實(shí)施例1-5中獲得的插層化合物，用XRD方法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)附圖2。
權(quán)利要求
1.一種鉭酸鍶鉍插層化合物，它母體具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)Bi2SrTa2O9(I)客體為C1-C18烷基胺或卟啉類化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉭酸鍶鉍插層化合物，其中客體為正丙胺、正八胺、正十二胺、正十八胺或卟啉類化合物。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述的鉭酸鍶鉍插層化合物的制備方法，其中含有將酸化后的鉭酸鍶鉍放入含客體化合物的液體中，得到插層化合物的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中具體包括如下步驟[1]、按一定摩爾量分別稱取氧化鉍(Bi2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)和碳酸鍶(SrCO3)，混合并研磨，使之充分混合均勻，混合均勻的物料在900℃、1000℃和1200℃的條件下分別煅燒15小時(shí)、15小時(shí)和24小時(shí)，得母體鉭酸鍶鉍粉末；[2]、將煅燒過(guò)后的物料加入酸溶液進(jìn)行酸化；酸化以后，分離酸溶液與產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、烘干后得酸化后的鉭酸鍶鉍粉末；[3]、將一定量酸化后的鉭酸鍶鉍粉末置于容器中，加入有機(jī)溶劑混合均勻，再將混合均勻后的溶液置于平面載體上，干燥后使酸化后的鉭酸鍶鉍粉末均勻的附著于平面載體上；[4]、將附著有酸化后的鉭酸鍶鉍粉末平面載體插入到含有客體溶液的容器中，攪拌使之充分反應(yīng)，反應(yīng)完全后，取出平面載體，刮下平面載體上的反應(yīng)物，即得鉭酸鍶鉍插層化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中煅燒溫度為900℃-1200℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中酸溶液為無(wú)機(jī)酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中酸溶液為更好為鹽酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中有機(jī)溶劑為丙酮。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中平面載體為載玻片。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中酸化時(shí)間為48小時(shí)；產(chǎn)物的烘干溫度為120℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中酸化后的鉭酸鍶鉍粉與客體溶液的反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)。
全文摘要
一種鉭酸鍶鉍插層化合物及其制備方法。其中插層化合物母體為鉭酸鍶鉍，其分子式為Bi
文檔編號(hào)C01G29/00GK1800031SQ200510110028
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者彭子飛, 刑瀟, 曹璠 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)