[發明專利]特殊形貌二氧化鋯納米粒子的醇輔助水一步合成方法

無效

• 申請號: 201110005139.1
• 申請日: 2011-01-06
• 公開（公告）號: CN102030369A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 賈瑛;羅成;余志勇;劉田田
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程學院
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，涉及二氧化鋯(ZrO₂)納米粒子的一步合成方法，特別涉及特殊形貌二氧化鋯納米粒子醇輔助水熱法的一步合成方法。

背景技術

納米二氧化鋯ZrO₂是過渡金屬氧化物中唯一同時擁有酸性、堿性中心及氧化性和還原性的金屬雙性氧化物。同時它還是p型半導體，容易產生氧空穴，作為催化劑載體，能夠和活性組分產生相互作用。此外，ZrO₂的光物理和光化學性質具有特殊的應用價值，可用于有效處理污染物。ZrO₂還對染料具有較好的吸附作用，吸附酸度寬，吸附量大，吸附效率高。如果將ZrO₂納米粒子組裝到載體上，吸附效率就會得到進一步提高，從而在處理印染廢水方面得到廣泛應用。此外，ZrO₂的高溫熱穩定性及隔熱性能最好，最適宜做陶瓷涂層和高溫耐火材料。ZrO₂的熱導率在常見陶瓷材料中最低，同時熱膨脹系數又與金屬材料較為接近，這使其成為重要的結構陶瓷材料。ZrO₂的相變增韌特性，使其成為塑性陶瓷材料的寵兒。良好的機械性能和熱物理性能，又使ZrO₂能夠成為金屬基復合材料的增強相。ZrO₂的晶體結構和形貌不僅影響自身的物理化學性能，而且決定了以ZrO₂為基體制備的復合材料的性質。因此，制備形貌可控的氧化鋯已經成為當前該領域的研究熱點之一。目前，文獻報道的納米氧化鋯的制備方法有固相法、氣相法、沉淀法、水解法、微乳液法、模板法、溶膠-凝膠法和水熱法。固相法雖然降低了粉末煅燒溫度，減少了能耗，但其制備的粒子粒徑不易控制。氣相法不足之處在于工藝比較復雜，相應得到的產品價格昂貴。水解法雖然操作簡單，但能耗較大，反應緩慢而不經濟。微乳液法和模板法雖然能有效地控制產物尺寸和形狀，但尋找合適的微乳液體系和反應模板存在一定的困難。溶膠-凝膠法雖然反應溫度低，產物粒徑小，分布均勻，但由于絡合劑等有機試劑的引入，導致生產成本提高。水熱法有其嚴重的局限性，最明顯的一個缺點就是，該法往往只適用于氧化物或少數對水不敏感的硫化物的制備，而對其他一些對水敏感的化合物如III-V族半導體，新型磷(或砷)酸鹽分子篩骨架結構材料的制備不適用。

發明內容

針對上述現有技術中各種納米氧化鋯的制備方法所存在的問題，本發明的目的在于，提供一種制備二氧化鋯納米粒子的原料廉價易得、合成工藝簡單、實驗重現性好簡單、直接的特殊形貌的二氧化鋯的醇輔助水熱法一步合成方法。

現將本發明構思及技術解決方案敘述如下：

本發明通過對紡錘形單斜相二氧化鋯ZrO₂納米粒子反應條件對產物形貌影響的研究，在水熱法的基礎上提供的醇輔助水熱法的一步合成特殊形貌二氧化鋯納米粒子方法，是一種向水中加入不同種類的醇，如一元醇、二元醇或低級醇、高級醇形成醇水溶液，通過改善溶液的理化性質而制備分散性良好的、簡單易得納米粒子的獲得方法。

本發明特殊形貌二氧化鋯納米粒子的醇輔助水一步合成方法，其特征在于：用乙醇輔助水熱法制備高純度紡錘形單斜相二氧化鋯納米粒子，具體步驟為：

步驟1：配制濃度為0.3～0.8mol/L二氯氧化鋯ZrOCl₂。8H₂O或硝酸鋯Zr(NO₃)₄.5H₂O溶液(1)和濃度為3～8mol/L的氫氧化鈉溶液(2)；

步驟2：先將溶液(1)加入到去離子水中，然后邊攪拌邊加入溶液(2)；

步驟3：加入無水乙醇，使乙醇∶水的體積比(毫升∶毫升)分別為6～40∶0～34；均磁力攪，20～40min；

步驟4：攪拌結束后將溶液轉移至容積為50mL的Teflon特氟隆襯膽并密封于不銹鋼高壓反應釜中，在100℃～300℃的條件下反應0.5h～16h；

步驟5：將上述反應得到的白色沉淀，用無水乙醇和蒸餾水洗滌數次，直至檢測不出氯離子。將離心分離得到的單斜相紡錘形二氧化鋯納米粒子干燥后進行表征。

本發明進一步提供特殊形貌二氧化鋯納米粒子的醇輔助水一步合成方法，用乙二醇輔助水熱法制備高純度長方形單斜相的二氧化鋯納米粒子，具體步驟為：

步驟1：同乙醇輔助水熱法；

步驟2：同乙醇輔助水熱法；

步驟3：加入乙二醇，使乙二醇∶水的體積比(毫升∶毫升)為4～40∶0～36；均磁力攪，20～40min；