製備磷酸稀土單晶納米線的方法
2023-06-07 05:11:01
專利名稱：製備磷酸稀土單晶納米線的方法
技術領域：
本發明涉及一種無機納米材料的製備方法，尤其涉及一種製備磷酸稀土單晶納米線的方法。
背景技術：
近年來，一維納米材料(包括納米線、納米帶、納米管和納米棒)引起了人們巨大的研究興趣，主要是由於一維納米材料與塊體材料相比具有獨特的性質，以及其在電子和光電子納米器件及生物化學探針等方面有巨大的應用前景。在一維納米材料中，納米線是組裝納米器件的重要連接件和活性組分。
稀土元素由於具有獨特的4f電子構型，因此，它的光電磁性質非常優異，並在永磁體、螢光粉、催化劑等領域得到了廣泛應用。作為一種重要的稀土無機鹽，磷酸稀土主要用於螢光材料、雷射材料、溼度傳感器和抗熱材料等領域。目前，國內外對磷酸稀土的研究主要集中在其塊體和納米晶材料的製備以及性質研究上(K.Riwotzki等，Angew.Chem.Int.Ed.，2001，40，573；S.Nishihama等，J.Mater.Chem.，2002，12，1253；R.Kijkowska，J.Mater.Sci.2003，38，229)尚無有關一維磷酸稀土材料-納米線的製備方法的報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種一維磷酸稀土材料-納米線的製備方法。
本發明的製備磷酸稀土單晶納米線的方法，其步驟包括是1)以稀土無機鹽為原料，用定量去離子水稀釋後，使稀土離子濃度控制在0.02-0.1mol/l；2)在該稀土溶液中，加入適量的磷酸、磷酸二氫鹽、磷酸一氫鹽或磷酸鹽，或其混合物，控制溶液的pH值在0.5-3之間；3)將上述溶液置於密閉耐壓反應釜中，在200-260℃下反應6-36小時；4)待溶液冷卻至室溫後，經過濾、洗滌和乾燥，即可製備出磷酸稀土單晶納米線。
所述的稀土無機鹽包括硝酸稀土和/或氯化稀土。稀土元素選自鑭、鈰鐠、釹、釤、銪、釓、鋱。
所述的磷酸二氫鹽選自磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉和磷酸二氫鉀；磷酸一氫鹽選自磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉和磷酸氫二鉀；磷酸鹽選自磷酸銨、磷酸鈉和磷酸鉀。
利用本發明提供的方法，採用二元或三元稀土無機鹽混合溶液，在相同條件下操作，可製得複合磷酸稀土單晶納米線。
利用本發明的方法所製備的磷酸稀土納米線具有結晶度高、相態純淨的優點，在發光、雷射和傳感的納米器件中具有潛在應用價值。本發明的方法具有操作簡單、成本低、適用性強等特點，適於大規模工業化生產。
圖1磷酸鑭納米線粉末X射線衍射2磷酸鑭納米線透射電鏡檢測3磷酸鈰納米線粉末X射線衍射4磷酸鈰納米線透射電鏡檢測5磷酸銪納米線粉末X射線衍射6磷酸銪納米線透射電鏡檢測7複合型磷酸鑭銪納米線粉末X射線衍射8複合型磷酸鑭銪納米線透射電鏡檢測圖實施方案下邊結合實施例對本發明的製備方法作進一步描述。
實施例1磷酸鑭納米線在40毫升0.05摩爾硝酸鑭溶液中加入0.0022摩爾磷酸，混合均勻後pH為0.8，盛上述溶液的由聚四氟乙烯材料製成的杯型容器置於密閉耐壓不鏽鋼反應釜中，在220℃和相應自生壓力下反應17小時。然後，冷卻至室溫，經過濾、洗滌在60℃乾燥，得白色粉末。產物經粉末X射線衍射鑑定為單斜相磷酸鑭(圖1)；用透射電鏡觀察到該產品為納米線，長度為1-3微米，寬度為20-50納米(圖2)。電子衍射證明磷酸鑭納米線為單晶。
實施例2磷酸鈰米線在40毫升0.05摩爾硝酸亞鈰溶液中加入0.0022摩爾磷酸，混合均勻後pH為0.8，盛上述溶液的由聚四氟乙烯材料製成的杯型容器置於密閉耐壓不鏽鋼反應釜中，在220℃相應自生壓力下反應17小時。然後，冷卻至室溫，經過濾、洗滌在60℃乾燥，得白色粉末。產物經粉末X射線衍射鑑定為單斜相磷酸鈰(圖3)；用透射電鏡觀察到該產品為納米線，長度為2-5微米，寬度為20-100納米(圖4)。電子衍射證明磷酸鈰納米線為單晶。
實施例3磷酸銪納米線在40毫升0.05摩爾硝酸亞鈰溶液中加入0.0022摩爾磷酸二氫銨，混合均勻後pH為1，將盛上述溶液的由聚四氟乙烯材料製成的杯型容器置於密閉耐壓不鏽鋼反應釜中，在240℃和相應自生壓力下反應24小時。然後，冷卻至室溫，經過濾、洗滌在60℃乾燥，得白色粉末。產物經粉末X射線衍射鑑定為單斜相磷酸銪(圖5)；用透射電鏡觀察到該產品為納米線，長度為3-10微米，寬度為50-200納米(圖6)。電子衍射證明磷酸銪納米線為單晶。
實施例4複合型磷酸鑭銪納米線在40毫升0.05摩爾硝酸鑭和硝酸銪的混合溶液中(硝酸鑭和硝酸銪的摩爾比為95∶5)，加入0.0022摩爾磷酸一氫銨，混合均勻後pH為1.5，盛上述溶液的由聚四氟乙烯材料製成的杯型容器置於密閉耐壓不鏽鋼反應釜中，在240℃和相應自生壓力下反應24小時。然後，冷卻至室溫，經過濾、洗滌在60℃乾燥，得白色粉末。產物經粉末X射線衍射鑑定為單斜相複合型磷酸鑭銪(圖7)；用透射電鏡觀察到該產品為納米線，長度為1-7微米，寬度為20-200納米(圖8)。電子衍射證明複合型磷酸鑭銪納米線為單晶。
實施例5磷酸鑭納米線在40毫升0.02摩爾硝酸鑭溶液中加入0.0009摩爾磷酸，混合均勻後pH為3，盛上述溶液的由聚四氟乙烯材料製成的杯型容器置於密閉耐壓不鏽鋼反應釜中，在200℃和相應自生壓力下反應6小時。然後，冷卻至室溫，經過濾、洗滌在60℃乾燥，得白色粉末。產物經粉末X射線衍射鑑定為單斜相磷酸鑭；用透射電鏡觀察到該產品為納米線，長度為2-4微米，寬度為30-70納米。電子衍射證明磷酸鑭納米線為單晶。
權利要求
1.一種製備磷酸稀土單晶納米線的方法，其步驟包括1)以稀土無機鹽為原料，用定量去離子水稀釋後，使稀土離子濃度控制在0.02-0.1mol/l；2)在該稀土溶液中，加入適量的磷酸，或磷酸二氫鹽，或磷酸一氫鹽，或磷酸鹽，或其混合物，控制溶液的pH值在0.5-3之間；3)將上述溶液置於密閉耐壓反應釜中，在200-260℃下反應6-36小時；4)待溶液冷卻至室溫後，經過濾、洗滌和乾燥，即可製備出磷酸稀土單晶納米線。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的稀土無機鹽選自硝酸稀土無機鹽和/或氯化稀土無機鹽。
3.如權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述的稀土無機鹽為由兩種或兩種以上稀土元素組成的混合稀土無機鹽。
4.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述稀土元素選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱。
5.權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的磷酸二氫鹽選自磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉和磷酸二氫鉀；磷酸一氫鹽選自磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉和磷酸氫二鉀；磷酸鹽選自磷酸銨、磷酸鈉和磷酸鉀。
全文摘要
本發明涉及一種製備磷酸稀土單晶納米線的方法，以稀土無機鹽為原料，用定量去離子水稀釋後，使稀土離子濃度控制在0.02－0.1mol/l；在該稀土溶液中，加入適量的磷酸，或磷酸二氫鹽，或磷酸一氫鹽，或磷酸鹽，或其混合物，控制溶液的pH值在0.5－3之間；將上述溶液置於密閉耐壓反應釜中，在200－260℃下反應6－36小時；待溶液冷卻至室溫後，經過濾、洗滌和乾燥，即可製備出磷酸稀土單晶納米線。利用本發明的方法所製備的磷酸稀土納米線具有結晶度高、相態純淨的優點，操作簡單、成本低、適用性強等特點，適於大規模工業化生產。可廣泛應用於發光、雷射和傳感的納米器件領域。
文檔編號C30B29/62GK1456714SQ0313664
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月22日 優先權日2003年5月22日
發明者張亞文, 嚴純華, 廖春生, 嚴錚光, 司銳 申請人:北京大學