CN104229858A - 一种钪酸钇粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钪酸钇粉体的制备方法，其以钇盐、钪盐和不同交联剂为原料在甲醇水混合溶液中充分溶解，然后在一定温度下交联反应后，和熔盐混和并且研磨使其充分混合均匀，最后通过高温煅烧处理，水洗干燥后即得到钪酸钇粉体。钇盐、钪盐、熔盐和交联剂的摩尔比为1∶1∶2∶10～200。钇盐为氯化钇和硝酸钇中的一种或其混合物。钪盐为氯化钪或硝酸钪中的一种或其混合物。交联剂为尿素或柠檬酸中的一种或其混合物。本发明工艺简便易行，纯度高，杂质含量低，产品制备成本低，适合批量生产。所制备的产品可以用于铁电、光电、光催化以及燃料电池等领域。

Description

一种钪酸钇粉体的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种钪酸钇粉体的制备方法。

背景技术

钙钛矿是指一类具有特定晶体结构的氧化物，其分子通式为ABO ₃ 。由于此类化合物结构上有许多特性，在凝聚态物理和化工催化方面应用及研究甚广，A位一般是稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。由于此类化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。钪酸钇（YScO ₃ ）是一种重要的无铅类钙钛矿型材料。主要应用于光催化、离子传感、燃料电池等领域。传统的制备钪酸钇粉体的固相反应技术耗时较长且需要高温高压条件，反应通常是在温度高于1300°C，压力高于1k bar下进行（参见J.B. Clark,P.W. Richter,L.Du Toit，Journal of Solid State Chemistry，1978，23,129–134）,从而限制了钪酸钇粉体的生产。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，目的产物收率高，制备成本低，操作工艺简单，分散性好的钪酸钇粉体的制备方法。本发明通过利用交联剂，实现了制取纯相钪酸钇粉体的工艺过程。通过多组对比试验，发现了交联剂和熔盐在反应中起着重要作用，利用其在反应中的热交换成功的生成了具有良好结晶度的钪酸钇粉体。本发明制备方法同样可以应用于和钪酸钇相似的其它功能材料的化学合成研究，且具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种钪酸钇粉体的制备方法，系将钇盐、钪盐和交联剂在甲醇水混合溶液中充分溶解后，在一定温度下进行交联反应，接续与熔盐混和并且研磨使其充分混合均匀，高温反应后，温度下降至室温，再进行水洗干燥，即得到钪酸钇粉体。

作为一种优选方案，本发明所述钇盐、钪盐、熔盐和交联剂的摩尔比为１∶1∶2∶10～200。

作为另一种优选方案，本发明所述钇盐为氯化钇和硝酸钇中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述钪盐为氯化钪或者硝酸钪中的一种或其混合物。

更进一步地，本发明所述交联剂为尿素或柠檬酸的一种或其混合物。

其次，本发明所述交联反应温度在150～500 °C，交联反应时间为1～10 h。

再其次，本发明所述的高温煅烧的反应温度在600～1000 °C，反应时间为4～24 h。

本发明所述熔盐为氯化钠与氯化钾的混合物；氯化钠与氯化钾的摩尔比为1:1。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

（1）本发明工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率。

（2）本发明制备的目的产物钪酸钇粉体，其纯度高，杂质含量低，分散性好，可满足现代工业对钪酸钇粉体产品的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明所制备的钪酸钇粉体的X射线衍射图。

图2为本发明所制备的钪酸钇粉体的紫外可见光谱图。

图3为本发明所制备的钪酸钇粉体的禁带宽度图。

图4为本发明所制备的钪酸钇粉体作为光催化剂的催化活性表征图。

具体实施方式

本发明以钇盐、钪盐和不同交联剂为原料。原料按照一定的摩尔配比，在甲醇水混合溶液中充分溶解，然后在一定温度下交联反应后，研磨使其充分混和均匀，然后在熔盐中高温反应后，温度下降至室温后再进行水洗干燥，即得到钪酸钇粉体，其制备步骤是。

（1）将钇盐、钪盐和不同交联剂按照一定的摩尔比称量后，放入在甲醇水混合溶液（体积比1:1）中充分溶解，时间大于30分钟。

（2）将上述溶液，在150～500 °C，交联反应1～10 h。

（3）自然冷却至室温后，和熔盐（氯化钠和氯化钾摩尔比1:1的混合物）一起放入研钵中研磨细致，研磨时间于30分钟。

（4）将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，煅烧反应，反应温度600～1000 °C，反应时间为4～12 h，温度下降至室温后再进行水洗干燥，即制得钪酸钇粉体。

参见图1至4所示，本发明将制备所得的钪酸钇粉体进行XRD和紫外可见光谱分析，其结果是，所得产品钪酸钇粉体XRD衍射花样与标准谱图一致，且结晶度很强（图1）。所得产品钪酸钇粉体的吸收边在340 nm左右（图2），禁带宽度约3.65 eV（图3）。且在紫外光条件下（主波长254 nm），一定的催化辅助剂和一定浓度牺牲剂的水溶液中，在光催化水产氢的反应模型中有很高的催化活性（图4）。

实施例1。

将硝酸钇、氯化钪和尿素准确称量后放入甲醇水溶液（体积比1：1）中搅拌溶解，时间大于30分钟。将该溶液，在450 °C，交联反应4 h，反应后，自然冷却至室温，和熔盐（熔盐为氯化钠及氯化钾的混合物，氯化钠与氯化钾摩尔比1：1）混合后，放入研钵中研磨细致，研磨时间30分钟。上述硝酸钇、氯化钪、熔盐和尿素的摩尔比为１∶1∶2∶10。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，煅烧反应，反应温度800 °C，反应时间为4 h，冷却后水洗干燥，即制钪酸钇粉体。其产品纯度不低于99.76%，杂质含量：碳小于0.12%；氯小于0.08%。在紫外光条件下（主波长254 nm），一定的催化辅助剂和一定浓度牺牲剂的水溶液中，在光催化水产氢的效率为11.9 mmol/h（图4所示）。

实施例2。

将硝酸钇、硝酸钪和柠檬酸准确称量后放入甲醇水溶液（体积比1：1）中搅拌溶解，时间大于30分钟。将该溶液，在500 °C，交联反应5 h，反应后，自然冷却至室温，和熔盐（熔盐为氯化钠及氯化钾的混合物，氯化钠与氯化钾摩尔比1：1）混合后，放入研钵中研磨细致，研磨时间30分钟。上述硝酸钇、硝酸钪、熔盐和柠檬酸的摩尔比为１∶1∶2∶20。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，煅烧反应，反应温度1000 °C，反应时间为24 h，冷却后水洗干燥，即制钪酸钇粉体。其产品纯度不低于99.91%，杂质含量：碳小于0.05%；氯小于0.02%。在紫外光条件下（主波长254 nm），一定的催化辅助剂和一定浓度牺牲剂的水溶液中，在光催化水产氢的效率为8.7 mmol/h。

实施例3。

将硝酸钇、硝酸钪和尿素准确称量后放入甲醇水溶液（体积比1：1）中搅拌溶解，时间大于30分钟。将该溶液，在150 °C，交联反应10 h，反应后，自然冷却至室温，和熔盐（熔盐为氯化钠及氯化钾的混合物，氯化钠与氯化钾摩尔比1：1）混合后，放入研钵中研磨细致，研磨时间30分钟。上述硝酸钇、硝酸钪、熔盐和尿素的摩尔比为１∶1∶2∶20。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，煅烧反应，反应温度800 °C，反应时间为12 h，冷却后水洗干燥，即制钪酸钇粉体。其产品纯度不低于99.85%，杂质含量：碳小于0.10%；氯小于0.03%。在紫外光条件下（主波长254 nm），一定的催化辅助剂和一定浓度牺牲剂的水溶液中，在光催化水产氢的效率为9.8 mmol/h。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钪酸钇粉体的制备方法，其特征在于，将钇盐、钪盐和交联剂在甲醇水混合溶液中充分溶解，在一定温度下进行交联反应，接续与熔盐混和并且研磨使其充分混合均匀，高温反应后，温度下降至室温，再进行水洗干燥，即得到钪酸钇粉体。

2.根据权利要求1所述的钪酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述的钇盐、钪盐、熔盐和交联剂的摩尔比为１∶1∶2∶10～200。

3.根据权利要求2所述的钪酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述钇盐为氯化钇和硝酸钇中的一种或其混合物。

4.根据权利要求3所述的钪酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述钪盐为氯化钪或者硝酸钪中的一种或其混合物。

5.根据权利要求4所述的钪酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述交联剂为尿素或者柠檬酸的一种或其混合物。

6.根据权利要求1～5之任一所述的钪酸钇粉体制备方法，其特征在于：所述的交联反应温度在150～500 °C，交联反应时间为1～10 h。

7.根据权利要求6所述的钪酸钇粉体制备方法，其特征在于：所述的高温的反应温度在600～1000 °C，反应时间为4～24 h。

8.根据权利要求7所述的钪酸钇粉体制备方法，其特征在于：所述熔盐为氯化钠与氯化钾的混合物；氯化钠与氯化钾的摩尔比为1:1。