[發(fā)明專利]具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料

無效

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• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN103570050A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈佩云;孫元平
• 申請（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué);賈佩云;孫元平
• 主分類號(hào): C01F7/54
• 分類號(hào): C01F7/54
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)微納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料。

背景技術(shù)

具有高比表面積的空心結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料在催化劑負(fù)載、藥物緩釋、氣體存儲(chǔ)及隔熱保溫等領(lǐng)域有著優(yōu)異的表現(xiàn)及極大的應(yīng)用前景。二十一世紀(jì)是材料科學(xué)的時(shí)代，隨著科技飛速發(fā)展，傳統(tǒng)材料已經(jīng)不能滿足人們對物質(zhì)性質(zhì)越來越高的要求，特別是現(xiàn)代材料的物理化學(xué)性質(zhì)，尤其受到人們的關(guān)注，這就要求我們在分子水平上對材料的組成、結(jié)構(gòu)、形貌等加以調(diào)控，這為新材料的基礎(chǔ)研究提供了巨大的推動(dòng)力。人們在分子水平上合成具有空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料時(shí)，嘗試了大量方法，例如水熱法、溶劑熱法、化學(xué)氣相法、物理氣相法等等，但是，“綠色化學(xué)”的出現(xiàn)為化學(xué)研究提出了更高的要求，注重化學(xué)合成的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、簡單、可行，因此利用一種簡單、可控、低消耗、零污染的方法合成具有空心結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料有著非常重要的意義。

模板技術(shù)是制備空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料的一種有效手段。通常采用的模板包括硬模板、軟模板；其中硬模板主要是形貌可控，單分散性好的二氧化硅微球，聚苯乙烯微球以及氧化鋅微納米棒等；軟模板主要利用各種表面活性劑或有機(jī)聚合物如聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化銨，聚醚酰亞胺形成的微乳作為模板。這些方法在獲得具有空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料時(shí)都要采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ０?，例如用氫氟酸侵蝕，高溫?zé)Y(jié)，光催化等分解模板，但是在去掉模板過程中，很容易由于材料壁太薄，機(jī)械強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致空心結(jié)構(gòu)的坍塌。無模板技術(shù)合成空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料無需模板去除過程，方法簡單，綠色環(huán)保，同時(shí)無模板技術(shù)能耗低，原材料廉價(jià)易得，過程簡單可控，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了極其優(yōu)越的條件，所以開發(fā)無模板技術(shù)以合成空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，采用簡單可控的水熱法制備得到，無需任何表面活性劑，螯合劑及其它任何有機(jī)試劑，也不需要苛刻的反應(yīng)條件，更不需要進(jìn)一步的高溫煅燒或化學(xué)侵蝕。反應(yīng)得到的具有空心結(jié)構(gòu)的無機(jī)六氟化鋰鈣鋁材料不僅擁有大空腔內(nèi)徑，而且具有納米級的壁厚，具有優(yōu)異的性能。

一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，通過以下方法制備得到：

將三種金屬硝酸鹽溶解于水形成澄清的硝酸鹽溶液，在室溫下調(diào)節(jié)pH到一定值，然后在室溫下加入氟化物溶液，同時(shí)不斷劇烈攪拌10分鐘，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，在一定溫度下加熱24小時(shí)后，收集產(chǎn)物并在80°C下干燥10小時(shí)。

所述的金屬硝酸鹽分別是硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣；所述的氟化物溶液為氟化銨溶液；

所述的金屬硝酸鹽的重量為所述的反應(yīng)溶液重量的1.91%，所述的氟化物的重量為所述反應(yīng)溶液重量的0.621%。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣的重量分別為所述反應(yīng)溶液重量的0.019%—0.38%，1.03%，0.59%。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的稀硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%—10%。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%—8%。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的溶液的pH值調(diào)到3.0。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述氟化物溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.18%。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)釜體積為45mL。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)溫度為220-240°C。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的收集產(chǎn)物采用離心分離或過濾來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步優(yōu)選離心分離，所述的離心分離條件為：離心機(jī)轉(zhuǎn)速3500—5000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為8—10分鐘。

所述的產(chǎn)物經(jīng)過X-射線晶體衍射分析證明為六氟化鋰鈣鋁。所述的產(chǎn)物經(jīng)掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡分析等證實(shí)為空心結(jié)構(gòu)，所述的空心結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁粒徑約為800nm空腔內(nèi)徑約為680nm。

本發(fā)明中，鋰離子、鋁離子、鈣離子在劇烈攪拌的情況下與氟化銨反應(yīng)生成沉淀并且出現(xiàn)微納米球，然后在水熱條件下，逐漸形成多面體，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，多面體內(nèi)外部發(fā)生晶體反向生長：多面內(nèi)部晶粒不斷溶解，同時(shí)在多面體微晶表面結(jié)晶，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)一步增加，最后形成具有巨大內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)的多面體微晶顆粒。因而通過這種非常簡便可控的方法可以獲得具有空心結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)成果：

1.本發(fā)明的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，多面體內(nèi)部空間大，在催化劑負(fù)載、藥物緩釋、氣體存儲(chǔ)及隔熱保溫等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。