[發明專利]自蔓延燃燒法制備尺寸可控的稀土鈦酸鹽納米晶的方法

有效

• 申請號: 201310259321.9
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103332733A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 薛琿;陳慶華;錢慶榮;朱蘭瑾;黃寶銓;劉欣萍;唐澍芬
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y30/00
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

技術領域

本發明涉及一種納米晶的制備技術領域，具體說涉及一種自蔓延燃燒法制備尺寸可控的稀土鈦酸鹽納米晶的方法。

背景技術

稀土鈦酸鹽是重要的化工產品，在光催化、光學、儲能、鐵電及磁性等諸多領域都有著廣泛的應用和研究。目前合成稀土鈦酸鹽的方法主要有高溫固相合成法、溶膠凝膠法、聚合絡合法以及脈沖激光沉積等。但這些方法存在工藝復雜、對設備要求高、產量小、花費昂貴和耗時等缺點。因此發展一種經濟實用的技術來合成稀土鈦酸鹽是十分必要的。

自蔓延燃燒法是一種快速合成復合氧化物納米材料的新方法，其最大的優勢在于節能（由自身反應提供合成所需的熱能）、反應裝置簡單和合成的納米晶具有高比表面積，能夠一步快速合成具有均勻微觀結構的高純產物。而且通過調節自蔓延燃燒法中使用燃料的用量可以控制反應所放出的熱量，從而來調變合成產物的晶粒尺寸。

發明內容

本發明目的在于提供一種工藝操作簡單、制備時間短、所制得粉體化學組成均一、晶粒尺寸小且可控的自蔓延燃燒制備稀土鈦酸鹽納米晶的方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

(1)將鈦的醇鹽加入適量水中，鈦的醇鹽與水的體積比為1：1～5，攪拌使鈦的醇鹽水解得到白色沉淀氫氧化氧鈦，加入8～16mol·L^-1硝酸溶液使沉淀完全溶解得到硝酸氧鈦。

(2)將硝酸氧鈦、稀土硝酸鹽與氨基乙酸按1：1：0.5～5的摩爾比混合后置于蒸發皿中，將蒸發皿放在磁力攪拌器上邊攪拌邊加熱，磁力攪拌器盤面溫度為200-400℃，在攪拌下使液體揮發。

(3)在攪拌下持續加熱，當火星出現時停止攪拌，火星迅速蔓延燃燒，最終在蒸發皿上得到蓬松粉末稀土鈦酸鹽。

所述的鈦的醇鹽是指鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四乙酯。

所述的稀土硝酸鹽是指硝酸釹、硝酸釓、硝酸鉺、硝酸鐠、硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸釤、硝酸銪或硝酸釔。

本發明有益效果：本發明采用自蔓延燃燒的方法，以氨基乙酸為燃料，利用稀土金屬硝酸鹽和氨基乙酸之間發生的氧化還原反應產生的熱量自蔓延燃燒快速合成稀土鈦酸鹽納米晶。通過調控硝酸根離子與氨基乙酸的摩爾比，可以實現對稀土鈦酸鹽的晶粒大小的調控。反應時間短，在攪拌下加熱受熱均勻，可以快速制備物相單一的稀土鈦酸鹽，此制備工藝簡單、對環境友好、設備簡單、生產周期短。

附圖說明

圖１是實施例１制備的鈦酸釹的X射線衍射圖。

圖２是實施例１制備的鈦酸釹的掃描電鏡圖。

圖３是實施例１制備的鈦酸釹的透射電鏡圖。

具體實施方式

本發明自蔓延燃燒法制備尺寸可控的稀土鈦酸鹽納米晶的方法，由以下的實施例給出。

實施例1

(1)將鈦酸四丁酯10ml加入20ml水，攪拌使鈦酸四丁酯水解得到白色沉淀氫氧化氧鈦，加入4.5ml?16mol·L^-1硝酸溶液使沉淀完全溶解得到硝酸氧鈦。

(2)按照1：1：2的摩爾比將上述硝酸氧鈦溶液、硝酸釹12.827g和氨基乙酸4.393g混合后置于蒸發皿中，將蒸發皿放在磁力攪拌器上邊攪拌邊加熱，磁力攪拌器盤面溫度為250℃，磁力攪拌的速度2500rpm，在攪拌下使液體揮發。

(3)當火星出現時停止攪拌，火星迅速蔓延燃燒，最終在蒸發皿上得到蓬松粉末鈦酸釹(Nd₂Ti₂O₇)，其平均晶粒大小約為28nm。

制備的鈦酸釹(Nd₂Ti₂O₇)的X射線衍射圖、掃描電鏡圖及透射電鏡圖分別如圖１、圖２和圖３所示。

實施例2

(1)將鈦酸四丁酯10ml加入20ml水，攪拌使鈦酸四丁酯水解得到白色沉淀氫氧化氧鈦，加入4.5ml?16mol·L^-1硝酸溶液使沉淀完全溶解得到硝酸氧鈦。

(2)按照1：1：3的摩爾比將上述硝酸氧鈦溶液、硝酸釹12.827g和氨基乙酸6.590g混合后置于蒸發皿中，將蒸發皿放在磁力攪拌器上邊攪拌邊加熱，磁力攪拌器盤面溫度為350℃，磁力攪拌的速度2500rpm，在攪拌下使液體揮發。

(3)當火星出現時停止攪拌，火星迅速蔓延燃燒，最終在蒸發皿上得到蓬松粉末鈦酸釹(Nd₂Ti₂O₇)，其平均晶粒大小約為41nm。

實施例3