[發明專利]低溫共沉淀法合成超薄稀土層狀Ln2(OH)5NO3·nH2O納米片的方法

無效

• 申請號: 201210444083.4
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102942202A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 李繼光;武曉鸝;朱琦;韓秀梅;李曉東;霍地;劉紹宏;孫偉;孫旭東
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

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技術領域

本發明屬于材料科學領域，特別涉及低溫共沉淀法合成超薄稀土層狀Ln₂(OH)₅?NO₃·nH₂O納米片的方法。

背景技術

通式為Ln₈(OH)₂₀(A^m-)_4/m·yH₂O或Ln₂(OH)₅(A^m-)_1/m·(y/4)H₂O（Ln：鑭系元素；A：電荷平衡陰離子；m=1~3；y=6~7）的稀土層狀氫氧化物（Layered?rare-earth?hydroxide，LRH）具有陰離子交換性和可剝離性，可與多種有機、無機陰離子進行交換，并可通過離子交換、插層柱撐、機械擾動等步驟將LRH剝離成一個或幾個層板厚度的納米片。

一般認為厚度≤10nm的納米片為超薄納米片。目前合成LRH的方法主要有水熱合成法和均勻沉淀法，這兩種方法所得層狀化合物的片層較厚（30~300nm），需后續剝離才能獲得超薄納米片，并且這兩種方法所需溫度較高（100~200^oC），反應時間較長（12h~48h）。此外，采用上述兩種方法只能合成離子半徑較小（Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er?和Y）的稀土層狀氫氧化物純相，而無法合成出離子半徑較大（La，Pr，Nd）的稀土層狀氫氧化物純相。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提供了一種低溫條件下共沉淀合成超薄（3~10nm）稀土層狀氫氧化物Ln₂(OH)₅?NO₃·nH₂O（Ln=?Pr，Nd，Sm，Eu，?Gd，Tb，Dy，Ho，Er?和Y；n=1.30~2.00）納米片的方法。

本發明的具體操作步驟為：

（1）將濃度為0.1~0.5?mol/L的Ln的硝酸鹽溶液作為母液，冷卻到4~5℃，將已冷卻至4~5℃、濃度為0.25~1mol/L的氫氧化銨溶液逐滴滴入硝酸鹽母液中，直到溶液pH值至7.50~9.00，得到懸浮液，在4~5℃保溫陳化1~2h；

（2）將步驟（1）所得懸浮液離心分離，將所得沉淀用去離子水清洗，再用酒精清洗，于70oC烘干得到粉末狀Ln₂(OH)₅?NO₃·nH₂O超薄稀土層狀氫氧化物納米片。

其中，所述的Ln為Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er?或Y，n=1.30~2.00。

本發明的特點和有益效果在于：

在稀土層狀氫氧化物層狀結構中，層板作為密排面是低能面，故層狀化合物晶體傾向于向二維方向生長而降低表面能；而層板沿c-軸方向的堆垛需要較高的激活能，由于低溫條件不能滿足層狀化合物沿c-軸方向生長的激活能，故阻止了層板沿c-軸方向的堆垛；因而低溫條件下可得到超薄的層狀化合物。本發明在低溫條件下實現共沉淀，工藝操作簡單，耗時少，并能合成離子半徑較小（Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er?和Y）和離子半徑較大（Pr，Nd）的稀土層狀氫氧化物純相。

附圖說明

圖1為通過水熱合成法在不同溫度下所得Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的SEM形貌；

圖2為本發明實施例1獲得的Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的熱重量測定圖；

圖3為本發明實施例1獲得的Y₂(OH)₅NO₃·nH₂O的超薄稀土層狀氫氧化物納米片的（a）TEM形貌和(b)?XRD圖譜；