[發明專利]一種胺導向合成熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯的方法

有效

• 申請號: 201710025510.8
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106673060B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 劉超;吳芳芳;紀秀杰;李穎;譚宏亮;趙陽陽
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;B82Y40/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及熱穩定性有序層狀納米結構材料技術合成領域，具體地說就是一種胺導向合成熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯方法。

背景技術

高純氧化鋯(ZrO₂)為白色粉末，密度為5.68g/cm³，熔點約2700℃，較純的ZrO₂呈黃色或灰色。氧化鋯硬度高，莫氏硬度超過7，同時具有氧化性和還原性，易于產生氧空位(而被歸為P型半導體)，且能與活性相發生獨特的相互作用。氧化鋯由于具有優越的機械，介電和催化性能而備受關注，常用于傳感器、固體氧化物燃料電池(SOFC)、陶瓷、壓電材料、催化劑以及催化劑載體等領域。

近年來，超結構的氧化鋯由于其新穎的性能和應用前景備受關注。在眾多氧化鋯的制備方法中，自組裝模板法制備過程簡單，并具有可調的組裝體系結構與性質等優點。目前，通過表面活性劑模板法制備出了各種形貌的介孔或納米結構氧化鋯，并廣泛應用于催化、催化載體、氣體傳感器、電子材料等領域。但高溫煅燒極易導致其自組裝結構坍塌，限制了其在工業領域的應用。為了提高熱穩定性，經常需要用磷酸、硫酸等對材料進行后處理。另外，文獻還報道了一種以十二烷基苯磺酸(DBS-H)為模板在空氣-水界面組裝ZrO₂薄膜的方法，該薄膜為層狀結構，但其無機骨架為無定形ZrO₂，缺點是熱穩定差，這大大限制了它的應用(劉孝恒，John White，汪信，表面活性劑模板法在空氣-水界面ZrO₂薄膜中的穩定性，無機化學學報，2005，12：1827)。因此，提高熱穩定性的途徑之一就是制備晶態骨架，而兼顧自組裝納米結構和晶態骨架成為合成研究的難點和關鍵所在。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種胺導向合成熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯的方法。該方法以非離子型的胺為模板，氫氧化鈉為沉淀劑，采用“回流-沉淀-水熱”相結合的新方法制備熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯粉體。本發明所得到的產物結晶度好、純度高、熱穩定性好。本發明方法工藝簡單、環境友好、高效率、成本低，以克服已有納米氧化鋯粉體的制備方法工藝復雜、條件苛刻、成本高、熱穩定性低、氧化鋯納米晶排列無序等缺點。

本發明的技術方案是：

一種胺導向合成熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯的方法，該方法包括如下步驟：

(1)取35份濃度為0.00006摩爾氧氯化鋯/毫升水的氧氯化鋯溶液加入到帶有回流裝置的反應器中，然后再加入胺；其中，每毫升溶液加入0.0036克胺；然后在攪拌下，從室溫加熱至回流溫度，保持回流0.5～1小時，得到混合液A；

(2)取35份濃度為0.00036摩爾氫氧化鈉/毫升水的氫氧化鈉溶液，加入到步驟(1)中的帶有回流裝置的反應器中，繼續保持回流反應2～5小時，得到固液混合物B；

(3)將步驟(2)中所得的混合物B移到高壓反應釜中，升溫到120～150℃，反應13～15小時，得到固液混合物C；

(4)將混合物C水洗，再經離心分離，烘干，得到白色粉末；將粉末在550℃，空氣氣氛下煅燒2小時，得到產物為熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯粉末；

上述組分的份數均為體積份數，且各步驟中所用的體積單位相同。

上面步驟(1)中的胺是十八胺或十六胺或十四胺或苯胺。

上面步驟(4)中的升溫過程是以5攝氏度/分鐘的速度升溫。

本發明的有益效果是：

1.本發明采用“回流-沉淀-水熱”相結合的方法，以胺為模板，氫氧化鈉為沉淀劑，制備了熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯粉體。該制備方法不僅提高了產物的有序度，又保證了產物良好的熱穩定性。

2.本發明方法所得到的氧化鋯是熱穩定性層狀納米晶態氧化鋯。如圖1所示，產物為四方相和單斜相的混合相納米晶態氧化鋯，其XRD小角部分存在明顯的衍射峰，其對應的d值約為1.0納米，說明經過550℃煅燒的產物具有很好的熱穩定性。如圖2所示，該層狀結構從平行于晶片方向觀察是明暗相間有序排列的，是由厚度約為0.5納米的片狀納米氧化鋯和0.5納米的煅燒去掉有機模板后留下的層狀孔隙平行相間排列而成，該層狀結構的重復周期約為1.0納米，與XRD小角衍射峰計算所得的d值相一致。XRD與TEM數據均說明采用本方法合成的氧化鋯其層狀結構具有良好的熱穩定性，經550℃煅燒該結構得以保留，本發明克服了層狀納米氧化鋯熱穩定性差的問題。

3.本發明方法中，采用胺為模板劑，不含硫，有利于環境保護。