本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用模板法制備的棒狀La(OH)₃納米晶及其方法。

背景技術(shù)：

氫氧化鑭La(OH)₃作為一種重要的稀土材料，具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)，其在超導(dǎo)材料、儲氫材料、電極材料以及光催化材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景[Rosynek M P.Catalytic properties of rare earth oxides[J].Journal of Physics and Chemistry of Solids,2003,64(4):607-610.]。將稀土功能材料納米化，有助于我們對其進(jìn)行更深入的研究，同時(shí)也能賦予稀土材料許多獨(dú)特的新功能。因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)的氫氧化鑭相對具有較大的比表面積，可以與反應(yīng)物料充分接觸，所以能極大地提高其光催化活性。

目前，制備氫氧化鑭的方法主要有：1、聲化學(xué)法[M.Salavati-Niasari et al.Synthesis of lanthanum hydroxide and lanthanum oxide nanoparticles by sonochemical method[J].Journal of Alloys and Compounds,509(2011):4098–4103.]，這種方法容易獲得氫氧化鑭的納米顆粒，但是制備產(chǎn)物的分散性不好，且尺寸不均一；2、傳統(tǒng)水熱法[C.Hu,H.Liu,et al.La(OH)₃and La₂O₃Nanobelts—Synthesis and Physical Properties[J].Adv.Mater.19(2007):470–474.]，這種方法所獲得的產(chǎn)物為氫氧化鑭的納米帶，但是反應(yīng)需要比較長的反應(yīng)時(shí)間；3、溶劑熱法[Hou B,Xu Y,Wu D,et al.Synthesis and characterization of ultralong lanthanum hydroxide nanorods via solvothermal method[J].J Mater Sci,2007(42):1397-1400.]，這種方法容易獲得純相的納米材料，但是所制備的氫氧化鑭的分散性不好；4、沉淀法[李天旻.草酸沉淀法/碳酸氫銨沉淀法制備稀土氧化物粉末[D].上海：華東理工大學(xué)，2013.]，該方法制備的樣品產(chǎn)物粒度大，分布不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種采用模板法制備的棒狀La(OH)₃納米晶及其方法，該方法操作簡單，重復(fù)性好，反應(yīng)能耗低，環(huán)境友好；經(jīng)該方法制得的棒狀氫氧化鑭納米晶粒尺寸小，分散性好。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將La(NO₃)₃·2H₂O溶解于去離子水中，制成濃度為0.05～1mol/L的透明溶液A；

2)向透明溶液A中逐滴加入二乙烯三胺，使得溶液中二乙烯三胺的濃度為0.005～0.1mol/L，制得懸濁液B；

3)將懸濁液B充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓笙蚱渲屑尤肽０鍎┚垡蚁┻量┩橥?，形成前?qū)體溶液C；

4)將前驅(qū)體溶液C充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，?60～200℃下，熱反應(yīng)6～12h，冷卻到室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心收集，然后在經(jīng)過洗滌、干燥，制得棒狀La(OH)₃納米晶。

步驟3)所述的充分?jǐn)嚢杈鶆蚴遣捎么帕嚢?0～90min。

步驟3)中加入的模板劑聚乙烯吡咯烷酮與二乙烯三胺的質(zhì)量比為1:1。

步驟4)所述的充分?jǐn)嚢杈鶆蚴窃谑覝叵聰嚢?0～60min。

步驟4)是將攪拌均勻的前驅(qū)體溶液C置于聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中進(jìn)行熱反應(yīng)。

步驟4)所述離心是以7000～9000rpm下，離心5～8分鐘。

步驟4)所述洗滌是依次用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次。

步驟4)所述干燥是在60～80℃下，干燥2～4h。

本發(fā)明還公開了采用上述方法制得的棒狀La(OH)₃納米晶。

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：

本發(fā)明公開的采用模板法制備的棒狀La(OH)₃納米晶的方法，優(yōu)勢體現(xiàn)在：(1)模板劑的引入會對產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)及尺寸產(chǎn)生影響，有利于棒狀形貌納米晶的合成，進(jìn)而影響其光學(xué)性能；(2)水熱條件下所產(chǎn)生的低溫等壓的溶液環(huán)境，有利于生成缺陷少、取向性好的晶體，且容易獲得晶粒尺寸小、純度高、均勻性好的納米材料；(3)模板劑的結(jié)構(gòu)及其表面基團(tuán)的作用可以使產(chǎn)物定向生長，容易獲得發(fā)育完整，結(jié)晶性更好的產(chǎn)物。因此，本發(fā)明制備工藝簡單，便于操作，反應(yīng)能耗低，成本低廉，反應(yīng)在液相中一次完成，不需要后期處理。

經(jīng)本發(fā)明方法制得的棒狀La(OH)₃納米晶，晶粒尺寸小，結(jié)晶性好，分散性好。

附圖說明

圖1為實(shí)施例2制得的棒狀La(OH)₃納米晶的X射線衍射(XRD)圖譜；

圖2為實(shí)施例2制得的棒狀La(OH)₃納米晶的掃描電鏡(SEM)照片；其中，(a)為10萬放大倍率下的棒狀La(OH)₃納米晶SEM圖；(b)為2萬放大倍率下的棒狀La(OH)₃納米晶SEM圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

實(shí)施例1

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將分析純的硝酸鑭(La(NO₃)₃.2H₂O)溶解于去離子水中，制成濃度為0.05mol/L透明的溶液A；

2)向A溶液中逐滴加入分析純的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的濃度為0.005mol/L，得懸濁液B；

3)將B溶液進(jìn)行磁力攪拌60min，以0.05g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為模板劑加入攪拌好的溶液中，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為C；

4)將上述C溶液在室溫下攪拌60min后，轉(zhuǎn)移至容積為100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度在160℃，反應(yīng)時(shí)間控制在12h，待反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)釜自然冷卻到室溫；

5)產(chǎn)物經(jīng)過離心收集，然后分別用去離子水，無水乙醇洗滌數(shù)次，于真空干燥箱中在80℃條件下干燥2h，得到最終的產(chǎn)物。

實(shí)施例2

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將分析純的硝酸鑭(La(NO₃)₃.2H₂O)溶解于去離子水中，制成濃度為0.10mol/L透明的溶液A；

2)向A溶液中逐滴加入分析純的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的濃度為0.01mol/L，得懸濁液B；

3)將B溶液進(jìn)行磁力攪拌30min，以0.1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為模板劑加入攪拌好的溶液中，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為C；

4)將上述C溶液在室溫下攪拌30min后，轉(zhuǎn)移至容積為100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度在180℃，反應(yīng)時(shí)間控制在12h，待反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)釜自然冷卻到室溫；

5)產(chǎn)物經(jīng)過離心收集，然后分別用去離子水，無水乙醇洗滌數(shù)次，于真空干燥箱中在60℃條件下干燥3h，得到最終的產(chǎn)物。

制得的棒狀La(OH)₃納米晶的X射線衍射(XRD)圖譜如圖1所示，掃描電鏡(SEM)照片如圖2所示，(a)、(b)為不同放大倍數(shù)下的照片，從圖中可以看出，制備的La(OH)₃是直徑約為20～40nm，長度大于400nm的棒狀。

實(shí)施例3

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將分析純的硝酸鑭(La(NO₃)₃.2H₂O)溶解于去離子水中，制成濃度為0.20mol/L透明的溶液A；

2)向A溶液中逐滴加入分析純的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的濃度為0.02mol/L，得懸濁液B；

3)將B溶液進(jìn)行磁力攪拌90min，以0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為模板劑加入攪拌好的溶液中，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為C；

4)將上述C溶液在室溫下攪拌60min后，轉(zhuǎn)移至容積為100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度在200℃，反應(yīng)時(shí)間控制在6h，待反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)釜自然冷卻到室溫；

5)產(chǎn)物經(jīng)過離心收集，然后分別用去離子水，無水乙醇洗滌數(shù)次，于真空干燥箱中在80℃條件下干燥3h，得到最終的產(chǎn)物。

實(shí)施例4

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將分析純的硝酸鑭(La(NO₃)₃.2H₂O)溶解于去離子水中，制成濃度為0.50mol/L透明的溶液A；

2)向A溶液中逐滴加入分析純的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的濃度為0.05mol/L，得懸濁液B；

3)將B溶液進(jìn)行磁力攪拌90min，以0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為模板劑加入攪拌好的溶液中，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為C；

4)將上述C溶液在室溫下攪拌45min后，轉(zhuǎn)移至容積為100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度在180℃，反應(yīng)時(shí)間控制在12h，待反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)釜自然冷卻到室溫；

5)產(chǎn)物經(jīng)過離心收集，然后分別用去離子水，無水乙醇洗滌數(shù)次，于真空干燥箱中在60℃條件下干燥3h，得到最終的產(chǎn)物。

實(shí)施例5

一種采用模板法制備棒狀La(OH)₃納米晶的方法，包括以下步驟：

1)將分析純的硝酸鑭(La(NO₃)₃.2H₂O)溶解于去離子水中，制成濃度為1mol/L透明的溶液A；

2)向A溶液中逐滴加入分析純的二乙烯三胺(DETA)，使得溶液中DETA的濃度為0.1mol/L，得懸濁液B；

3)將B溶液進(jìn)行磁力攪拌90min，以1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為模板劑加入攪拌好的溶液中，形成前驅(qū)物溶液，所得溶液記為C；

4)將上述C溶液在室溫下攪拌30min后，轉(zhuǎn)移至容積為100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，設(shè)置溫度在180℃，反應(yīng)時(shí)間控制在12h，待反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)釜自然冷卻到室溫；

5)產(chǎn)物經(jīng)過離心收集，然后分別用去離子水，無水乙醇洗滌數(shù)次，于真空干燥箱中在60℃條件下干燥4h，得到最終的產(chǎn)物。

綜上所述，本發(fā)明制備工藝簡單，便于操作，反應(yīng)能耗低，成本低廉，反應(yīng)在液相中一次完成，不需要后期處理。經(jīng)本發(fā)明方法制得的產(chǎn)物呈棒狀結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸小，結(jié)晶性好，分散性好。