[發(fā)明專(zhuān)利]二氧化鋯納米管的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710057426.0
• 申請(qǐng)日: 2007-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101049964A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建玲;王西新;李養(yǎng)賢;徐榮清;陶金亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G25/02
• 分類(lèi)號(hào): C01G25/02;B82B3/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)方案屬于鋯的氧化物，具體地說(shuō)，是涉及一種二氧化鋯納米管的制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋯是唯一一種同時(shí)具有酸性、堿性、氧化性和還原性的金屬氧化物。它是P型半導(dǎo)體，易于產(chǎn)生氧空穴，在催化劑、催化劑載體、敏感材料領(lǐng)域具有十分重要的科研價(jià)值與應(yīng)用前景。

氧化鋯的性能與其比表面積和聚集狀態(tài)密不可分。由于氧化鋯納米管具有很大的比表面積和特定的結(jié)構(gòu)，它在異質(zhì)催化、吸附、分離、化學(xué)傳感器方面均有很大的應(yīng)用前景。另外氧化鋯納米管可以作為納米反應(yīng)器，合成具有優(yōu)異光、電、磁和催化性能的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。

目前，氧化鋯納米管的制備方法主要有模板法、原子層沉積法和水熱法。《Chem.Chemmun.》(1997，P1581-1582)報(bào)導(dǎo)一種模板法制備氧化鋯納米管的方法。該方法首先制備多壁碳納米管，用濃硝酸回流處理12小時(shí)，使碳納米管表面產(chǎn)生酸活性基；然后以酸處理后的碳納米管為模板，與丙醇鋯在氬氣氣氛條件下反應(yīng)，經(jīng)超聲處理后，置于干燥器中保存48小時(shí)，所得產(chǎn)物用稀48％的HF和甲醇洗滌除去過(guò)量的烷氧基化合物，干燥，最后在700℃加熱處理48小時(shí)，除去碳納米管，得到氧化鋯納米管。此方法不僅需要制備碳納米管，工藝過(guò)程復(fù)雜，原料成本高，而且所得氧化鋯納米管的管壁均勻性較差。《Advanced?Materia1s》(2004，16，P1197-1200)報(bào)導(dǎo)一種原子層沉積法(ALD)制備氧化鋯納米管的方法。該方法采用聚碳酸酯為模板，首先在模板上沉積一層自組裝OTS-SAM(十八烷基四氯硅烷)，然后內(nèi)層通過(guò)ALD法沉積氧化鋯組分，最后用氯仿除去聚碳酸酯，得到氧化鋯納米管。這種方法需要昂貴的原子層沉積系統(tǒng)，納米管管壁厚度增長(zhǎng)速度緩慢，通常每循環(huán)一次管壁厚度增長(zhǎng)僅為，需循環(huán)數(shù)百次甚至上千次才能得到管壁厚度為數(shù)十埃的氧化鋯納米管，同時(shí)模板去除步驟中采用的氯仿等有機(jī)溶劑對(duì)操作人員和環(huán)境都有很大危害。該方法工藝過(guò)程復(fù)雜，成本高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。《現(xiàn)代化工》(2005，25(5)，P38-39)報(bào)導(dǎo)一種水熱法制備氧化鋯納米管的方法，該方法先用氯化氧鋯和氨水進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到白色絮狀沉淀，用蒸餾水洗滌沉淀至檢測(cè)不出Cl^-，然后將沉淀物作為水熱反應(yīng)的前驅(qū)體，與氫氧化鈉溶液混合，攪拌均勻后裝入水熱反應(yīng)釜，在250℃下水熱反應(yīng)24-48小時(shí)，得到氧化鋯納米管。該方法所制納米管形貌和管徑均勻性較差，長(zhǎng)徑比小，另外還有反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、廢液量大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種二氧化鋯納米管的制備方法，它是陽(yáng)極氧化法，以解決現(xiàn)有二氧化鋯納米管制備方法工藝過(guò)程復(fù)雜、成本高、對(duì)環(huán)境造成污染、納米管的管壁均勻性差的缺點(diǎn)。

本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：采用陽(yáng)極氧化法制備二氧化鋯納米管，具體步驟是，將甲酰胺和醇類(lèi)溶劑按體積比1:1～3:1混合，用該混合溶劑配制重量百分比濃度為0.5～1.5％的氟化物溶液，再把該氟化物溶液加入反應(yīng)容器中，鋯片作陽(yáng)極，鉑片或石墨片作陰極，陽(yáng)極與陰極間距離為1.5cm，在室溫下采用10～90V直流電進(jìn)行陽(yáng)極氧化反應(yīng)，在鋯片表面生成二氧化鋯納米管，隨反應(yīng)進(jìn)行，鋯片表面生成的二氧化鋯納米管不斷脫落，反應(yīng)結(jié)束后，將沉于反應(yīng)容器底部的二氧化鋯納米管分出，用水洗滌，于105℃烘干，即制得二氧化鋯納米管產(chǎn)物。

按上述方法所制得的二氧化鋯納米管管壁均勻，管徑30～200nm、長(zhǎng)度5～150μm。

在上述方法中，所述醇類(lèi)溶劑為乙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、甘油中的一種或兩種以上的混合物。

在上述方法中，所述氟化物為氟化鈉、氟化鉀、氟化銨中的一種、兩種或三種的混合物。

在上述方法中，所述鋯片的純度不低于99.9％。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明方法的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是，將甲酰胺和醇類(lèi)溶劑按體積比1:1～3:1混合，用混合溶劑配制0.5～1.5％氟化物溶液，以此溶液為反應(yīng)介質(zhì)，采用陽(yáng)極氧化法制備二氧化鋯納米管。其成功的關(guān)鍵在于：由于不同溶劑具有不同的極性和離子活度，本發(fā)明采用體積比為1:1～3:1的甲酰胺和醇類(lèi)的混合溶劑，獲得了合適的極性和離子活度。本發(fā)明方法比現(xiàn)有技術(shù)的顯著進(jìn)步在于，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，管徑和管長(zhǎng)均勻可控，易于工業(yè)化生產(chǎn)，所用混合溶劑基本無(wú)毒，可回收、循環(huán)使用。