CN108640145B - 一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,先将钇盐水溶液和脲素水溶液混合,其中钇盐和脲素的摩尔比为1:6~12,置于微波‑超声联合反应条件下反应1h得到沉淀物;所得沉淀物依次经过离心、洗涤和干燥后得到氢氧化钇前驱体;所得氢氧化钇前驱体煅烧,冷却后得到花球形氧化钇纳米材料。本发明的制备方法具有制备时间短、反应温度低、易于操作等优点,制备得到的氧化钇纳米材料具有特殊的花球形貌,比表面积大、粒径分布均一等特点。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料合成领域,具体涉及一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法。
背景技术
氧化钇作为立方晶系倍半氧化物的代表,具有优异的物理、化学和光学性能。作为基质材料时,氧化钇具有高熔点(~2430℃)、高热导率(13.6W/m·k)、良好的化学稳定性、宽透过带和低声子能量等。氧化钇是一种重要的陶瓷材料,在激光、医学成像、能源、勘探等方面具有广泛的应用前景。
目前制备氧化钇的方法有燃烧法、水热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等。但是,这些方法都存在一定的缺陷。已有文献报道过利用沉淀法制备氧化钇粉体,其中申请号为201510032935.2中国专利申请公布了“氧化钇粉体的制备方法”,该方法将获得的含草酸钇沉淀的混合液需要陈化12h,制备过程用时过长,而且制备得到的氧化钇粉体比表面积不大,为8~13.3m2g-1。申请号为201110100222.7中国专利申请公布了“一种热喷涂用纳米球形氧化钇粉末的制备方法”,该方法将沉淀获得氧化钇前驱体沉淀需要陈化6~12h,制备时间长,反应温度高;另外其制备得到的氧化钇粉体为20~60微米,不属于亚微米级或纳米级氧化钇粉体。申请号为201410760028.5、201410760030.2、201410760031.7和201410762059.4中国专利分别公开了“一种纳米氧化钇粉体的合成方法”,该四种方法的缺陷在于:制备氧化钇前驱体时,反应温度为170~200℃,反应的能耗较高;制备氧化钇前驱体时,反应时间为20~30h,制备用时过长,生产效率不高。
发明内容
针对上述现有技术问题,本发明提供了一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,利用该制备方法能得到形貌尺寸均一、粒度分布范围小、比表面积大的花球形氧化钇纳米材料,且制备时间短、反应温度低、反应条件温和、操作简单。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题:
一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,包括以下几个步骤:
(1)、将钇盐水溶液和脲素水溶液混合,其中钇盐和脲素的摩尔比为1:6~12,置于微波-超声联合反应条件下反应1h得到沉淀物;
(2)、步骤(1)反应所得沉淀物依次经过离心、洗涤和干燥后得到氢氧化钇前驱体;
(3)、将步骤(2)所得氢氧化钇前驱体煅烧,冷却后得到花球形氧化钇纳米材料。
所述步骤(1)钇盐水溶液为硝酸钇溶于去离子水,浓度为0.1mol/L。
所述步骤(1)脲素水溶液为脲素溶于去离子水,浓度为0.6mol/L。
所述步骤(1)微波-超声联合反应条件,超声波的功率为100W,微波功率为150W,反应温度为90℃。
所述步骤(2)中洗涤为用去离子水对沉淀物洗涤3~5次。
所述步骤(2)中干燥为在60℃下干燥24h。
所述步骤(2)所得的氢氧化钇前驱体在煅烧前进行研磨处理。
所述步骤(3)氢氧化钇前驱体煅烧温度为550~650℃,煅烧时间为4h。
本发明的优点:
本发明的制备方法,得到比表面积大的花球形氧化钇,其直径约4μm,长度方向平均尺寸为2~3μm。其中,中间白色沉淀产物是以氢氧化钇为前驱体沉淀,经过高温煅烧的简单工艺,快速制备得到花球形氧化钇纳米材料。与现有的氧化钇纳米材料制备技术相比,本发明制备方法得到的氧化钇具有花球形的特殊形貌,比表面积大,分散均匀,形貌粒度均一,粒度分布小,制备时间短、反应温度低、条件温和,工艺简单。
附图说明
图1为实施例2和实施例3得到的花球形氧化钇粉体的XRD(X射线衍射)图。
图2为实施例3得到的花球形氧化钇粉体的SEM(扫描电子显微镜)图。
图3为实施例3得到的花球形氧化钇粉体的TEM(透射电子显微镜)图。
图4为实施例3得到的花球形氧化钇粉体的SAED(选区电子衍射)图。
图5为实施例3得到的花球形氧化钇粉体的EDS(能谱分析)图。
图6为实施例2和实施例3得到的花球形氧化钇粉体的BET图。
具体实施方式
实施例1
本实施例一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,包括如下所述步骤:
(1)量取0.1mol/L的硝酸钇溶液50mL和0.6mol/L的脲素溶液50mL于烧杯内,将烧杯转移至超声微波设备中。在反应温度为90℃,微波功率为150W,超声功率为100W,反应1h后得到白色沉淀物;
(2)将步骤(1)得到的白色沉淀物经离心分离,固体产物用去离子水洗涤3次,然后在60℃下干燥24h,得到氢氧化钇前驱体粉末;
(3)将步骤(2)中的前驱体粉末研磨后,在马弗炉中550℃煅烧4h,空气中冷却至室温后得到所述的花球形氧化钇粉末。
实施例2
本实施例一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,包括如下所述步骤:
(1)量取0.1mol/L的硝酸钇溶液50mL和0.6mol/L的脲素溶液80mL于烧杯内,将烧杯转移至超声微波设备中。在反应温度为90℃,微波功率为150W,超声功率为100W,反应1h后得到白色沉淀物;
(2)将步骤(1)得到的白色沉淀物经离心分离,固体产物用去离子水洗涤3次,然后在60℃下干燥24h,得到氢氧化钇前驱体粉末;
(3)将步骤(2)中的前驱体粉末研磨后,在马弗炉中650℃煅烧4h,空气中冷却至室温后得到所述的花球形氧化钇粉末。
实施例3
本实施例一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,包括如下所述步骤:
(1)量取0.1mol/L的硝酸钇溶液50mL和0.6mol/L的脲素溶液100mL于烧杯内,将烧杯转移至超声微波设备中。在反应温度为90℃,微波功率为150W,超声功率为100W,反应1h后得到白色沉淀物;
(2)将步骤(1)得到的白色沉淀物分离,固体产物用去离子水洗涤5次,然后在60℃下干燥24h,得到氢氧化钇前驱体粉末;
(3)将步骤(2)中的前驱体粉末研磨后,在马弗炉中650℃煅烧4h,空气中冷却至室温后得到所述的花球形氧化钇粉末。
对实施例2和实施例3所得到的花球形氧化钇粉末分别进行XRD测试,结果如图1所示。由图1可知,X射线衍射谱图与Jade标准卡片(PDF#86-1107)一致,反应得到的花球形粉体属于立方晶系氧化钇。
对实施例3所得到的花球形氧化钇粉末进行SEM测试,结果如图2所示。由图2可知,所得到的氧化钇粉体为花球形,具有类似花瓣状的结构,并且其侧面层与层之间具有较大表面积,层与层之间的结合处形成凹陷的沟壑。
对实施例3得到的花球形氧化钇粉体进行TEM测试,结果如图3所示。由图3可以看出,所得氧化钇粉体具有花球形貌,其絮聚的尾部附着一些球形颗粒。这也辅证了SEM的测试结果,所得氧化钇产物确实具有花球形貌。
对实施例3得到的花球形氧化钇粉体进行SAED测试,结果如图4所示。由图4可以看处,所得氧化钇粉体的衍射花样是以透射点为中心的中心环,这说明该产物是多晶体。其衍射环由内向外对应的晶面族分别是:211、222、400、440和622,这个结果与前面的XRD表征结果一致。
对实施例3得到的花球形氧化钇粉体进行EDS测试,结果如图5所示。由图5可以看出,该产物的峰位对应于Y、O元素,其原子百分比分别为74.2%和25.8%,说明产物纯度高,无杂质出现。
对实施例2和实例3所得到的花球形氧化钇粉末进行BET测试,结果如图6所示。由图6可知,煅烧温度为550℃和650℃的产物,均显示出Ⅱ型吸附等温曲线,并且在P/P0=0.6~1.0的相对压力下呈现出狭窄的滞回环,说明花球形貌的Y2O3产物存在狭缝状孔。经过BET测试可知,煅烧温度为550℃的比表面为43.2950m2g-1,煅烧温度为650℃的比表面增大为37.6867m2g-1,所得花球形Y2O3产物为介孔材料。
Claims (7)
1.一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,包括以下几个步骤:
(1)、将钇盐水溶液和脲水溶液混合,其中钇盐和脲的摩尔比为1:6 ~12,置于微波-超声联合反应条件下反应1 h得到沉淀物;
(2)、步骤(1)反应所得沉淀物依次经过离心、洗涤和干燥后得到氢氧化钇前驱体;
(3)、将步骤(2)所得氢氧化钇前驱体煅烧,冷却后得到花球形氧化钇纳米材料;
所述步骤(1)微波-超声联合反应条件,超声波的功率为100 W,微波功率为150 W,反应温度为90℃。
2.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)钇盐水溶液为硝酸钇溶于去离子水,浓度为0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)脲水溶液为脲溶于去离子水,浓度为0.6mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中洗涤为用去离子水对沉淀物洗涤3~5次。
5.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中干燥为在60℃下干燥24 h。
6.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)所得的氢氧化钇前驱体在煅烧前进行研磨处理。
7.根据权利要求1所述的一种形貌可控的花球形氧化钇纳米材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)氢氧化钇前驱体煅烧温度为550~650℃,煅烧时间为4h。
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