CN101274771B - 金属氧化物纳米晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下加温反应1至60分钟;冷却后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后烘干,即得到金属氧化物纳米晶。或者包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下加温反应1至5分钟;而后放入反应釜中晶化20至24小时;冷却后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后烘干,即得到金属氧化物纳米晶。本发明所提供的金属氧化物纳米晶的制备方法适于大规模工业生产,具有极为广阔的市场前景。

Description

金属氧化物纳米晶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属氧化物的制备方法,尤其涉及金属氧化物纳米晶的制备方法。
背景技术
纳米金属氧化物材料因其具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应而呈现出优良的光催化性、电磁特性、耐腐蚀性、抗菌性等性能,因而纳米金属氧化物在催化、锂离子电池、电子信息、生物工程和国防科技等领域有着广阔的应用前景。例如,氧化铈(CeO2),氧化锆(ZrO2)等金属氧化物被广泛地用作催化剂材料和催化载体材料;氧化锡(SnO2),氧化钴(Co3O4),氧化镍(NiO),氧化锰(Mn3O4)等金属氧化物因其优异的电学性能而在锂离子电极材料领域有着潜在的应用价值。因此,高性能纳米级金属氧化物材料的合成及其性质的研究成为目前广泛研究的热点。
目前,已有多种实验手段用于制备金属氧化物纳米晶。例如,金属有机盐热解法、金属有机盐热解-氧化法、有机溶剂水解法、水热法、溶胶-凝胶法、化学还原法等。虽然这些制备方法都有其自身的特点,但也存在着不足的地方。例如,金属有机盐热解法采用价格昂贵的金属烷基盐或羧基盐作为前驱体,使得金属有机盐热解法的成本较高且毒性大,不利于推广使用;水热法对设备的要求较高;溶胶-凝胶法在纳米晶粒形状和尺寸分布控制上较差等等。
有鉴于此,提供一种工艺简便、耗时少、反应毒性小、易于批量生产,且产品质量稳定的金属氧化物纳米晶的制备方法是必要的。
发明内容
一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:(1)将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,得到一溶液;(2)将所述的溶液于搅拌的状态下,加温反应1至60分钟;(3)冷却后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后烘干,即得到金属氧化物纳米晶,所述金属氧化物为氧化镍、四氧化三锰、二氧化铈、氧化锌、四氧化三钴或氧化亚钴。
其中,在所述步骤(2)之后,进一步包括一晶化过程,其包括以下步骤:将加温反应后所得的溶液放入反应釜中,于180℃至220℃的温度下,晶化20至24小时。
上述反应温度为120℃至300℃。
上述冷却温度为70℃至90℃。
上述烘干温度为40℃至80℃。
一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下于120℃至300℃温度下反应1至60分钟;冷却到70℃至90℃后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后,于40℃至80℃温度下烘干,即得到金属氧化物纳米晶。
一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下于120℃至300℃温度下反应1至5分钟;而后放入反应釜中,于180℃至220℃温度下晶化20至24小时;冷却到70℃至90℃后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后,于40℃至80℃温度下烘干,即得到金属氧化物纳米晶。
所述金属氧化物的晶粒为10纳米至200纳米。
与现有技术相比,本发明所提供的制备方法具有如下优点:采用无机物为原料,该制备方法的反应毒性小,原料更为经济;采用十八胺为溶剂,具有毒性小、价格便宜的特点,且十八胺通过简单的过滤、分离即可重复利用;所得的产物颗粒小、粒径尺寸分布均匀;反应时间短,为该制备方法应用于工业化生产奠定基础。因此,本发明所提供的金属氧化物纳米晶的制备方法适于大规模工业生产,具有极为广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明第一实施例制备的氧化镍纳米晶的透射电子显微镜(TEM)照片。
图2是本发明第二实施例制备的四氧化三锰纳米晶的TEM照片。
图3是本发明第三实施例制备的四氧化三锰纳米晶的TEM照片。
图4是本发明第四实施例制备的四氧化三锰纳米晶的TEM照片。
图5是本发明第五实施例制备的二氧化铈纳米晶的TEM照片。
图6是本发明第六实施例制备的二氧化铈纳米晶的TEM照片。
图7是本发明第七实施例制备的氧化锌纳米晶的TEM照片。
图8是本发明第八实施例制备的氧化亚钴纳米晶的TEM照片。
图9是本发明第九实施例制备的四氧化三钴纳米晶的TEM照片。
图10是本发明上述实施例制备的氧化镍、氧化锰、氧化铈、氧化锌及氧化钴纳米晶的粉末X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下于120℃至300℃温度下反应1至60分钟;冷却到70℃至90℃后,将反应沉淀物以乙醇等常用的有机溶剂洗涤后,于40℃至80℃温度下烘干,即得到粒径为10纳米(nm)至200纳米的金属氧化物纳米晶。
一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,在搅拌的状态下于120℃至300℃温度下反应1至5分钟;而后放入反应釜中,于180℃至220℃温度下晶化20至24小时;冷却到70℃至90℃后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后,于40℃至80℃温度下烘干,即得到粒径为10nm至200nm的金属氧化物纳米晶。晶体的作用是使纳米晶的晶形更完整。
反应条件的改变对产物形貌、尺寸等有较大影响。例如,对于硝酸锰在十八胺中的分解反应,反应物浓度对产物形貌有较大影响,即:低浓度下得到颗粒状纳米晶,高浓度下得到棒状纳米晶;且反应温度及时间对产物尺寸也有影响,即:反应温度高、时间短倾向于得到较短的棒状纳米晶。
下面例举实施例对本发明予以进一步说明:
实施例一:
取10毫升(ml)十八胺加热到180℃,将1克(g)硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)固体加入其中,在搅拌的状态下,保持在180℃温度下反应10分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图1所示的粒径约为20nm的氧化镍(NiO)纳米晶。
实施例二:
取10ml十八胺加热到200℃,然后加入0.1毫升(ml)质量百分数为50%的硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液,在搅拌的状态下,保持在200℃温度下反应10分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图2所示的粒径约为10nm的四氧化三锰(Mn3O4)纳米晶。
实施例三:
取10ml十八胺加热到200℃,然后加入1ml质量百分数为50%的Mn(NO3)2溶液,在搅拌的状态下,保持在200℃温度下反应10分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图3所示的平均尺寸约为6nm×60nm的四氧化三锰(Mn3O4)纳米晶。
实施例四:
取10ml十八胺加热到220℃,然后加入3ml质量百分数为50%的Mn(NO3)2溶液,在搅拌的状态下,保持在220℃温度下反应1分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图4所示的平均尺寸约为6nm×30nm的四氧化三锰(Mn3O4)纳米晶。
实施例五:
取10ml十八胺加热到250℃,然后加入1g的硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)固体,在搅拌的状态下,保持在250℃温度下反应8分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图5所示的粒径约为30nm的二氧化铈(CeO2)纳米晶。
实施例六:
取10ml十八胺加热到120℃,然后加入0.2g的Ce(NO3)3·6H2O固体,在搅拌的状态下,保持在120℃温度下反应2分钟后,放入反应釜中于200℃温度下晶化24小时,然后冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图6所示的粒径约为10nm的二氧化铈(CeO2)纳米晶。
实施例七:
取10ml十八胺加热到200℃,然后加入0.2g的硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)固体,在搅拌的状态下,保持在200℃温度下反应1小时后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图7所示的粒径约为100nm的氧化锌(ZnO)纳米晶。
实施例八:
取10ml十八胺加热到250℃,然后加入0.5g的硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)固体,在搅拌的状态下,保持在250℃温度下反应20分钟后,冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图8所示的粒径约为150nm的氧化亚钴(CoO)纳米晶。
实施例九:
取10ml十八胺加热到120℃,然后加入1g的Co(NO3)2·6H2O固体,在搅拌的状态下,保持在120℃温度下反应5分钟后,放入反应釜中于200℃温度下晶化24小时,然后冷却至80℃,将反应所得的沉淀物以乙醇洗涤,于60℃温度下干燥,即得到如图9所示的粒径约为120nm的四氧化三钴(Co3O4)纳米晶。
请参阅图10,由上述实施例制备的金属氧化物的粉末X射线衍射(XRD)图可知,这些金属氧化物都具有较规则的晶体结构。
该方法还可用于制备其它金属的氧化物纳米晶。
与现有技术相比,本发明所提供的制备方法具有如下优点:采用无机物为原料,该制备方法的反应毒性小,原料更为经济;采用十八胺为溶剂,具有毒性小、价格便宜的特点,且十八胺通过简单的过滤、分离即可重复利用;所得的产物颗粒小、粒径尺寸分布均匀;反应时间短,为该制备方法应用于工业化生产奠定了基础。因此,本发明所提供的金属氧化纳米晶的制备方法适于大规模工业生产,具有极为广阔的市场前景。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种金属氧化物纳米晶的制备方法,其包括以下步骤:
(1)将0.1克至1克的金属硝酸盐放入10毫升的十八胺溶剂中,得到一溶液;
(2)将所述的溶液于搅拌的状态下,加温反应1至60分钟;
(3)冷却后,将反应沉淀物以乙醇洗涤后烘干,即得到金属氧化物纳米晶,所述金属氧化物为氧化镍、四氧化三锰、二氧化铈、氧化锌、四氧化三钴或氧化亚钴。
2.如权利要求1所述的金属氧化物纳米晶的制备方法,其特征在于,步骤(2)之后,进一步包括一晶化过程,其包括以下步骤:将加温反应后所得的溶液放入反应釜中,于180℃至220℃的温度下,晶化20至24小时。
3.如权利要求1所述的金属氧化物纳米晶的制备方法,其特征在于,反应温度为120℃至300℃。
4.如权利要求1所述的金属氧化物纳米晶的制备方法,其特征在于,冷却温度为70℃至90℃。
5.如权利要求1所述的金属氧化物纳米晶的制备方法,其特征在于,烘干温度为40℃至80℃。
6.如权利要求1所述的金属氧化物纳米晶的制备方法,其特征在于,金属氧化物的晶粒为10纳米至200纳米。
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