專利名稱：微波合成氟化鈰納米盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)納米材料的制備，尤其涉及稀土化合物氟化鈰納米材料的 制備方法。
背景技術(shù)：
由于稀土元素的4f電子特性，使其元素及其化合物具有許多特殊的物理、 化學(xué)、電子學(xué)和光學(xué)性能，因此稀土及其化合物在電子學(xué)、磁性材料、貯能材 料、催化和摩擦學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。我國具有豐富的稀土資源，研究和 制備稀土化合物納米材料對稀土資源的深化利用和拓展其新的應(yīng)用領(lǐng)域具有重 要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。具有可控形貌和尺寸的稀土納米晶由于其在光學(xué)、 光電子學(xué)、生物標(biāo)記以及催化等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而得到了密切關(guān)注。另外，實(shí) 驗(yàn)表明，納米材料的化學(xué)和物理性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于其形貌和尺寸。作為一種無機(jī) 閃爍晶體在科技上的重要性，氟化鈰(CeF3)得到了人們越來越多的關(guān)注。與其它 傳統(tǒng)的閃爍體相比，氟化鈰被認(rèn)為是用于下一代高能物理學(xué)最有前途的閃爍體。 它具有較高的密度、快速的響應(yīng)和高防輻射能力。同時，由于它具有低的振動 能從而能減少稀土離子激發(fā)態(tài)的淬滅，因此氟化鈰也是一種重要的熒光主體材 料。
目前，已報(bào)道有不同的方法制備氟化鈰納米晶。如X.Wang等報(bào)道了用水 熱技術(shù)合成稀土氟化物納米晶的方法(X. Wang， J. Zhuang, Q. Peng and Y. D. Li, Hydrothermal synthesis of rare-earth fluoride nanocrystals， Inorg. Chem.， 2006， 45: 6661-6665); H. Zhang等報(bào)道了微乳液法合成氟化鈰納米粒子(H. Zhang, H. F. Li， D. Q. Li and S. L. Meng, Synthesis and characterization of ultrafine CeF3 nanoparticles modified by catanionic surfactant via a reverse micelles route, J. Colloid. Interface.Sci.: 2006， 302, 509-515.); Eiden-Assmann等以多元醇法合成了氟化鈰納米粒子(S. Eiden-Assmann, G. Maret， CeF3 nanoparticles: synthesis and characterization, Mater. Res. Bull., 2004, 39, 21-24)。然而，上述方法要么需要較高的反應(yīng)溫度和較長的 反應(yīng)時間，因此需要消耗較多的能源；要么制備工藝復(fù)雜。因此，在溫和的反 應(yīng)條件下，快速簡單地制備出具有可控形貌的氟化鈰納米晶仍然是一個挑戰(zhàn)。 到目前為止，用微波加熱的化學(xué)液相方法快速合成氟化鈰CeF3納米盤的方法還 未見公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、快速的采用微波加熱合成尺寸可控
的氟化鈰(CeF3)納米盤的方法。
本發(fā)明提供的微波合成氟化鈰納米盤的方法，其步驟如下
1)將絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉溶解于去離子水中，然后在攪拌下，按乙
二胺四乙酸二鈉與鈰離子的摩爾比為2.0:1 3.0:1加入硝酸鈰，制得鈰離子濃度 為0.01 0.04M的溶液；
2) 調(diào)節(jié)溶液的pH值至5.0 7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀，氟硼酸鉀與鈰離 子的摩爾比為3.0:1 5.0:1;
3) 將步驟2)制得的反應(yīng)體系在回流條件下于微波爐加熱30 60分鐘，然 后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥，得到氟化鈰納米盤。
本發(fā)明制備過程中，可采用稀硝酸溶液或濃氨水來調(diào)節(jié)溶液的pH值。 本發(fā)明通過改變鈰離子的濃度或絡(luò)合劑與鈰離子的摩爾比或氟硼酸鉀與鈰 離子的摩爾比或pH值或加熱時間，可以調(diào)節(jié)氟化鈰(CeF3)納米盤的尺寸。 本發(fā)明方法的反應(yīng)過程可以表示如下<formula>see original document page 4</formula>(1)
<formula>see original document page 4</formula>(2)<sequence>see original document page 4</sequence> (3)
<formula>see original document page 4</formula> (4)
本發(fā)明的有益效果在于具有制備工藝簡單、成本低廉、快速、節(jié)能和效 率高的特點(diǎn)。制備出的氟化鈰CeF3納米盤尺寸可控，尺寸均勻，平均直徑在150 600納米，厚度為50 200納米。該產(chǎn)品有望在光學(xué)、光電子學(xué)、生物標(biāo)記、催 化等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明制得的氟化鈰的X射線衍射圖2是氟化鈰的透射電鏡和掃描電鏡圖，其中圖a)為透射電鏡圖；圖b)為 掃描電鏡圖3是氟化鈰的透射電鏡和掃描電鏡圖，其中圖a)為透射電鏡圖；圖b)為 掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
將4 mmol的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2 mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0 :1的氟硼酸鉀。將此反應(yīng)溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然冷卻至室 溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥，得到氟化鈰(CeF3) 產(chǎn)品。CeF3產(chǎn)品的X射線衍射圖見圖1， CeF3的X射線衍射圖中各衍射峰的位 置和強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片(JCPDS85-1343)—致。制得的CeF3產(chǎn)品的透射電鏡和 掃描電鏡圖見圖2，圖2顯示CeF3為納米盤的形貌，其平均直徑為230 nm,平 均厚度為76nm。
實(shí)施例2:
將4 mmol的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce^為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱60分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到 CeF3產(chǎn)品。CeF3產(chǎn)品的透射電鏡和掃描電鏡圖見圖3，圖3是顯示CeF3為納米 盤的形貌，其平均直徑為350nm，平均厚度為130nm。
實(shí)施例3:
將4 mmol的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0 :1的氟硼酸鉀。將此反應(yīng)溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱45分鐘后，將反應(yīng)體系自然冷卻至室 溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeFg產(chǎn)品。 透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為300nm，平均 厚度為110nm。
實(shí)施例4:
將4 mmol的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為3.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/C^+為4.0:1的氟硼酸鉀。將此反應(yīng)溶液移入圓底燒瓶, 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然冷卻至室 溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeF3產(chǎn)品。 透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為520nm，平均 厚度為130 nm。
實(shí)施例5:
將4 mmol的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.7:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀。將此反應(yīng)溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然冷卻至室 溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeF3產(chǎn)品。透 射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為490nm，平均厚 度為120 nm。
實(shí)施例6:
將2mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入lmmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.01M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce"為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到Ce&產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為154nm， 平均厚度為56nm。
實(shí)施例7:
將8mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入4mmol硝酸鈰
(Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.04M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至6.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce^為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到Ce&產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為477nm， 平均厚度為148 nm。
實(shí)施例8:
將4mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈽 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至5.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗漆后并干燥得到CeF3產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為226nm， 平均厚度為69 nm。
實(shí)施例9:
將4mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeF3產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為245nm， 平均厚度為81 nm。
實(shí)施例10:
將4mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為3.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeFs產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為210nm， 平均厚度為67 nm。
實(shí)施例11；
將4mmo1的絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡(luò)合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)至7.0。然后在強(qiáng)烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce"為5.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應(yīng)溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應(yīng)體系自然 冷卻至室溫。所得的產(chǎn)品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeF3產(chǎn) 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為255nm， 平均厚度為82 nm。
權(quán)利要求
1.微波合成氟化鈰納米盤的方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)將絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉溶解于去離子水中，然后在攪拌下，按乙二胺四乙酸二鈉與鈰離子的摩爾比為2.0∶1～3.0∶1加入硝酸鈰，制得鈰離子濃度為0.01～0.04 M的溶液；2)調(diào)節(jié)溶液的pH值至5.0～7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀，氟硼酸鉀與鈰離子的摩爾比為3.0∶1～5.0∶1；3)將步驟2)制得的反應(yīng)體系在回流條件下于微波爐加熱30～60分鐘，然后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥，得到氟化鈰納米盤。
全文摘要
本發(fā)明公開的微波合成氟化鈰納米盤的制備方法，其步驟為首先將絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉溶于去離子水中，攪拌下加入硝酸鈰形成溶液；然后調(diào)節(jié)溶液的pH值至5.0～7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀得到反應(yīng)體系；再將反應(yīng)體系在回流條件下于微波爐加熱30～60分鐘后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥。本發(fā)明的合成方法具有工藝簡單、成本低廉、快速、節(jié)能和效率高的特點(diǎn)。制備出的氟化鈰納米盤尺寸可控，尺寸均勻，平均直徑在150～600納米，厚度為50～200納米。該產(chǎn)品有望在光學(xué)、光電子學(xué)、生物標(biāo)記、催化等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。
文檔編號C01F17/00GK101172638SQ20071015688
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者輝 李, 陳衛(wèi)祥, 琳 馬 申請人:浙江大學(xué)