一種中空納米球氧化鈰的簡單製備方法與流程
2023-05-13 11:08:08
本發明屬於納米材料技術領域，具體涉及一種中空納米球氧化鈰的製備方法。
背景技術：
中國擁有豐富的稀土資源，已勘測到的稀土資源儲量佔據世界第一位。稀土元素也以其獨特的電子層結構而在光學、電學、物理和化學等方面擁有無可取代的優異性能，而如何有效的將稀土元素的優良特性應用到各行各業中去，已成了當下眾多研究者所聚焦的問題。氧化鈰是一種重要的稀土氧化物，因其單一的晶型，優良的電學和光學性能等，被廣泛地應用於無機紫外線吸收劑、燃料電池材料、合金鍍層和光催化等領域。
氧化鈰的合成方法很多，而其中製備納米中空球比較常見的有模板法、熟化法、固相熱分析法和水熱法等。如CN103204534A介紹的一種製備殼層厚度可調的二氧化鈰空心球的方法，採用模板法，通過控制反應物濃度，調節二氧化鈰球殼厚度。也有CN103387256A採用水熱法製備二氧化鈰介孔空心球，通過控制反應壓強調節產物球殼厚度。相較之下，前者處理過程較為繁瑣，水熱法更為簡便，但其原料成本控制尚不滿意，且對反應條件要求嚴格。因此，尋求一種進一步降低反應原料成本，簡化反應過程的方法，以利於氧化鈰的批量生產，具有重要意義。
技術實現要素：
本發明針對當下氧化鈰空心納米球批量化製備的需求，提供了一種成本低廉、操作簡單、條件可控的氧化鈰製備方法，且製備的氧化中空納米球具有形狀規則、結晶度好、界面清晰等特點。
本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明是一種中空納米球氧化鈰的簡單製備方法，製備方法包括如下步驟：
（1）分別稱取七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸，混合後加入到水中，攪拌均勻得到懸濁液A；
（2）將攪拌均勻的懸濁液A倒入水熱釜內膽，填充率為60%，確保旋緊高壓釜後，將其放入160-200℃的真空乾燥箱中反應3-24小時得內膽中產物；
（3）反應結束後，停止加熱並使反應釜自然冷卻至室溫，取內膽中產物離心處理除去副產物，再相繼以去離子水洗滌3次，無水乙醇洗滌1次，產物在40℃下乾燥後即可得到氧化鈰中空納米球。
優選的：步驟（1）中的七水合三氯化鈰與L-半胱氨酸與水的質量體積比為0.3 g:0.3 g:60 mL。
優選的：步驟（2）中的水熱釜內膽規格為100 mL-1000 mL。
本發明的有益效果是：本發明在高壓水熱反應體系中，通過調節三氯化鈰的濃度以控制所製得的氧化鈰的形貌；反應體系中三氯化鈰與半胱酸的比例在0.1g~1g之間，產物氧化鈰則呈現規整的球形：而當反應體系中三氯化鈰與半胱酸的比例大於1g: 1g，產物氧化鈰則不成球狀；與此同時，通過控制反應時間，優化產物形貌；在同一濃度下，反應時間越長，空心結構結界越清晰；通過反應物濃度與反應時間兩種變量，達到了反應過程與反應結果可控可調的目的。
本發明的方法製備所需藥劑僅有七水合三氯化鈰、L-半胱氨酸和去離子水等，均是常規化學試劑，成本較低，可應用度較高，同時對環境的汙染較小，符合規模化生產的要求。
附圖說明
圖1是本發明製備的氧化鈰中空納米球結構的SEM照片。
圖2是本發明製備的氧化鈰中空納米球結構的TEM照片。
具體實施方式
為了加深對本發明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用於解釋本發明，並不對本發明的保護範圍構成限定。
如圖1-2所示，本發明是一種中空納米球氧化鈰的簡單製備方法，所述製備方法包括如下步驟：
（1）分別稱取七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸，混合後加入到反應溶劑水或無水乙醇中，攪拌均勻得到懸濁液A，
（2）將攪拌均勻的懸濁液A倒入水熱釜內膽，填充率為60%，確保旋緊高壓釜後，將其放入160-200℃的真空乾燥箱中反應3-24小時得內膽中產物；
（3）反應結束後，停止加熱並使反應釜自然冷卻至室溫，取內膽中產物離心處理除去副產物，再相繼以去離子水洗滌3次，無水乙醇洗滌1次，產物在40℃下乾燥後即可得到氧化鈰中空納米球。
其中：所述步驟（1）中的七水合三氯化鈰與L-半胱氨酸與水的質量體積比為0.3 g:0.3 g:60 mL。
其中：步驟（2）中的水熱釜內膽規格為100 mL-1000 mL。
實施例一：
將0.3 g七水合三氯化鈰與0.3 gL-半胱氨酸混合加入到容量為100 mL的熱壓水熱釜中，再加入60 mL水，填充率為60%；然後將反應釜密封並加熱到180℃反應24個小時；反應結束後，停止加熱並使反應釜自然冷卻至室溫；接著相繼用去離子水和無水乙醇洗滌產物並離心除去副產物與雜質，產物在40℃下乾燥後即可得到氧化鈰中空納米球。
所得氧化鈰中空納米球的掃描電鏡照片見圖1，透射電鏡照片見圖2，可知所得樣品均為規整的球形，由破碎的納米球可得其為中空結構，納米球的殼厚度約為10 nm，空心球內徑70-140 nm不等。
實施例2：製備方法與實例1相同，不同之處是將反應時間由24個小時改為12小時。
實施例3：製備方法與實例1相同，不同之處是將反應時間由24個小時改為5小時。
實施例4：製備方法與實例1相同，不同之處是將反應溶劑改為無水乙醇，所得產物依舊為二氧化鈰中空納米球。
實施例5：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為0.05 g:0.05 g:60 mL。
實施例6：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為0.1 g:0.1 g:60 mL。
實施例7：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為0.2 g:0.2 g:60 mL。
實施例8：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為0.6 g:0.6 g:60 mL。
實施例9：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為0.8 g:0.8 g:60 mL。
實施例10：製備方法與實例1相同，不同之處是將七水合三氯化鈰和L-半胱氨酸與水的質量體積比改為1 g:1 g:60 mL。
本發明的方法製備所需藥劑僅有七水合三氯化鈰、L-半胱氨酸和去離子水等，均是常規化學試劑，成本較低，可應用度較高，同時對環境的汙染較小，符合規模化生產的要求。