專利名稱：一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb₂O₃微納米粉體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
由于一維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)微納米材料具有一些獨(dú)特的力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等性質(zhì)，從而成為材料科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前制備一維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)微納米粉體的方法主要包括氣相沉積法，水/溶劑熱法，模板法以及超聲法等。但上述方法制備工藝較為復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、且需加入大量添加劑，污染環(huán)境，嚴(yán)重制約了微納米材料應(yīng)用研究。研究至今，液相法尤其在水相中制備一維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)微納米顆粒被公認(rèn)為是最為簡(jiǎn)單、可行并有工業(yè)應(yīng)用前景的制備方法。但是水的極性大，金屬離子在其中發(fā)生水解反應(yīng)生成氧化物或氫氧化物的成核、生長(zhǎng)速度快，制備得到的納米顆粒表面上存在大量水分子，這些水分子可以通過(guò)氫鍵和納米顆粒表面上的氫氧根相結(jié)合。當(dāng)顆粒間距離近時(shí)，表面上的水分子可以作為“橋”分子，在干燥過(guò)程中很易引起顆粒間硬團(tuán)聚長(zhǎng)成大顆粒，從而使納米顆粒的量子效應(yīng)、表面效應(yīng)，隧道鉆穿效應(yīng)等無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體的方法，克服現(xiàn)有方法制備得到的產(chǎn)品容易硬團(tuán)聚，從而影響納米顆粒的量子效應(yīng)、表面效應(yīng)， 隧道鉆穿效應(yīng)等無(wú)法發(fā)揮的缺陷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，將常溫下SbCl3乙醇溶液加入到堿溶液中發(fā)生反應(yīng)，過(guò)濾、干燥得到一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體。SbCl3 乙醇溶液的濃度為 0. 01-4. 0 mol/L。所述堿溶液中堿的質(zhì)量濃度為0. 02-30. 0%。所述堿溶液為氫氧化鈉、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。SbCl3乙醇溶液與堿溶液的體積比為1 1到1 :20。SbCl3乙醇溶液逐滴加入或一次性倒入堿溶液中。反應(yīng)溫度為5_85°C，時(shí)間為0. 1-0. 5 h，反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行攪拌。攪拌為電動(dòng)攪拌或磁力攪拌。具體的，反應(yīng)溫度為50-60°C，在質(zhì)量濃度為0.02-5%的氨水溶液中，得到帶狀 Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為40-70°C，在質(zhì)量濃度為0. 02-1%的氫氧化鈉水溶液中， 得到近花狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為20-50°C，在質(zhì)量濃度為0. 02-10%的氨水溶液中，得到帶束狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為50-85°C，在質(zhì)量濃度為5-1 的氨水溶液中，得到蝴蝶結(jié)狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為10-20°C，在質(zhì)量濃度為12-25% 的氨水溶液中，得到花狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為40-80°C，在質(zhì)量濃度為1-5%的二乙醇胺水溶液中，得到層狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為30-70°C，在質(zhì)量濃度為 2-5%的乙二胺溶液中，得到層狀Sb2O3微納米晶體顆粒。本發(fā)明目的在于通過(guò)控制不同的反應(yīng)條件，使反應(yīng)物SbCl3 —步生成不同形貌的 Sb2O3微納米顆粒，且生成的顆粒不易團(tuán)聚。首先在常溫條件下用無(wú)水乙醇溶解SbCl3，使無(wú)機(jī)金屬鹽SbCl3在其中生成乙醇溶劑化物，這樣可以減慢SbCl3水解生成含氧化物的成核和生長(zhǎng)速度，按照不完全定向吸附和Ostwarld熟化機(jī)制進(jìn)行生長(zhǎng)；另外，體系中存在的少量乙醇分子可以吸附到顆粒表面，達(dá)到空間位阻作用，減少了顆粒間通過(guò)水分子搭“橋”長(zhǎng)大的現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)整不同的反應(yīng)參數(shù)，控制產(chǎn)物形貌，制備得到一維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)形貌的Sb2O3 微納米粉體，如帶狀、帶束狀、蝴蝶結(jié)狀、花狀以及層狀等不同形貌。制備得到的微納米顆粒不僅具有較為規(guī)整的形貌，且顆粒表面積大，有的還具有較大的長(zhǎng)徑比，產(chǎn)量大，在阻燃、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域?qū)⒕哂泻芎玫膽?yīng)用前景。此方法具有制備簡(jiǎn)單、成本低、省時(shí)省力、節(jié)約能源、環(huán)境污染小，制備過(guò)程中不加任何控制形貌的添加劑如表面活性劑等，適合當(dāng)今低碳化的時(shí)代要求，極具工業(yè)化應(yīng)用潛能。本方法也有望用于其它種類的微納米材料的制備和工業(yè)化研究。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明制備得到的產(chǎn)品顆粒分散性較好，不容易發(fā)生硬團(tuán)聚，方法簡(jiǎn)單、成本低、省時(shí)省力、節(jié)約能源、環(huán)境污染小，制備過(guò)程中不加任何添加劑，極具工業(yè)化應(yīng)用潛能。


圖1為帶狀形貌的SId2O3微納米顆粒的SEM圖； 圖2為帶束狀形貌的Sb2O3微納米顆粒的SEM圖； 圖3為蝴蝶結(jié)狀形貌的Sb2O3微納米顆粒的SEM圖； 圖4為花狀形貌的Sb2O3微納米顆粒的SEM圖5為層狀形貌的Sb2O3微米顆粒的SEM圖； 圖6為帶狀形貌的Sb2O3微納米顆粒的XRD圖。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此 實(shí)施例1
在60°C時(shí)，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 3%(wt %)的氨水溶液中，磁力攪拌反應(yīng)0.2 h,然后把水解生成的Sb2O3懸浮液過(guò)濾，洗滌，60 °C烘箱干燥得到 Sb2O3粉末樣品。將少量制備得到的Sb2O3粉末樣品直接粘附到有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行噴金后，在掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看到的顆粒是帶狀形貌，長(zhǎng)度達(dá) 10-20Mm，單個(gè)納米帶的厚度在IOOnm左右。實(shí)施例2
在40°C時(shí)，把20 mL 0. 1 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴入50 mL 5%(wt %)的氨水溶液中， 磁力攪拌反應(yīng)0.5 h，然后把水解生成的Sb2O3懸浮液過(guò)濾，洗滌，60 °C烘箱干燥得到Sb2O3 粉末樣品。
將少量制備得到的Sb2O3粉末樣品直接粘附到有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行噴金后，在掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看到的顆粒是帶束狀形貌，長(zhǎng)度在 20 Mm左右，單個(gè)納米帶的厚度在100 nm左右，帶束一側(cè)的長(zhǎng)度可達(dá)10 Mm。實(shí)施例3
在60°C時(shí)，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液倒入45 mL 6%(wt %)的氨水溶液中， 電動(dòng)攪拌反應(yīng)0.1 h,然后把水解生成的Sb2O3懸浮液過(guò)濾，洗滌，60 °C烘箱干燥得到Sb2O3 粉末樣品。將少量制備得到的Sb2O3粉末樣品直接粘附到有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行噴金后，在掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看到的顆粒是蝴蝶結(jié)狀形貌，長(zhǎng)度在 20 Mm左右，組成蝴蝶結(jié)的納米帶的厚度在100 nm左右，蝴蝶結(jié)一側(cè)的長(zhǎng)度可達(dá)10 Mm。實(shí)施例4
在10°C時(shí)，把5 mL 1.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 14%(wt %)的氨水溶液中，磁力攪拌反應(yīng)0.5 h,然后把水解生成的Sb2O3懸浮液過(guò)濾，洗滌，60 °C烘箱干燥得到 Sb2O3粉末樣品。將少量制備得到的Sb2O3粉末樣品直接粘附到有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行噴金后，在掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看到的顆粒絕大數(shù)是花狀形貌，花的直徑約為5Mm左右，微納米花是由一個(gè)個(gè)從中心長(zhǎng)出來(lái)的長(zhǎng)度為2-3Mm，厚度在100 nm左右的片組成。實(shí)施例5
在60°C時(shí)，把5 mL 0.5 mol/L的SbCl3乙醇溶液滴加到45 mL 2%(wt %)的乙二胺溶液中，電動(dòng)攪拌反應(yīng)0.5 h,然后把水解生成的Sb2O3懸浮液過(guò)濾，洗滌，60 °C烘箱干燥得到Sb2O3粉末樣品。將少量制備得到的Sb2O3粉末樣品直接粘附到有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，對(duì)其進(jìn)行噴金后，在掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看到的顆粒為層狀結(jié)構(gòu)形貌，每一層的厚度也是納米量級(jí)，一些層狀結(jié)構(gòu)相互交叉類似于花狀。實(shí)施例6
改變溫度為50°C，堿溶液為0.5%(wt %)的氫氧化鈉水溶液，其他同實(shí)施例4，得到近花狀Sb2O3微納米晶體顆粒。實(shí)施例7
改變反應(yīng)溫度為75°C，堿溶液為1. 5%(wt %) 二乙醇胺水溶液，其他同實(shí)施例5，得到層狀Sb2O3微納米晶體顆粒。圖6是實(shí)施例1帶狀形貌SId2O3粉末樣品的X-射線粉末衍射圖譜。從圖譜中可以看到多重的衍射吸收峰，吸收峰的峰位很好地與正交晶型Sb2O3 (JCPDS, 71-0383)相吻合，說(shuō)明為正交晶型Sb2O3，吸收峰強(qiáng)度較強(qiáng)說(shuō)明樣品具有較為完善的晶體結(jié)構(gòu)。與Sb2O3的標(biāo)準(zhǔn)圖譜相比較，得到的Sb2O3粉末樣品的(110)和(200)面衍射峰的強(qiáng)度提高，(012)和 (111)面衍射峰的強(qiáng)度降低，這就說(shuō)明制備得到樣品的晶體生長(zhǎng)具有一定的取向性，這很好地與帶狀的形貌相對(duì)應(yīng)。從衍射圖譜中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它衍射峰，說(shuō)明得到樣品純度很好。上述實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明所作的改變均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于，將SbCl3乙醇溶液加入到堿溶液中發(fā)生反應(yīng)，過(guò)濾、干燥得到一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， 反應(yīng)溫度為5-85°C，時(shí)間為0. 1-0.5 h，反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行攪拌。
3.如權(quán)利要求1所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， SbCl3乙醇溶液的濃度為0. 01-4. 0 mol/L。
4.如權(quán)利要求3所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， 所述堿溶液中堿的質(zhì)量濃度為0. 02-30. 0%。
5.如權(quán)利要求4所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， 所述堿溶液為氫氧化鈉、氨水、乙二胺、二乙醇胺的水溶液。
6.如權(quán)利要求4所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， SbCl3乙醇溶液與堿溶液的體積比為1:1-20。
7.如權(quán)利要求1所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， SbCl3乙醇溶液逐滴加入或一次性倒入堿溶液中。
8.如權(quán)利要求2所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于， 攪拌為電動(dòng)攪拌或磁力攪拌。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的一步法制備一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體，其特征在于，反應(yīng)溫度為50-60°C，在質(zhì)量濃度為0. 02-5%的氨水溶液中，得到帶狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為40-70°C，在質(zhì)量濃度為0. 02-1%的氫氧化鈉水溶液中，得到近花狀 Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為20-50°C，在質(zhì)量濃度為0. 02-10%的氨水溶液中，得到帶束狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為50-85°C，在質(zhì)量濃度為5-12%的氨水溶液中，得到蝴蝶結(jié)狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為10-20°C，在質(zhì)量濃度為12-25%的氨水溶液中，得到花狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為40-80°C，在質(zhì)量濃度為1-5%的二乙醇胺水溶液中，得到層狀Sb2O3微納米晶體顆粒；反應(yīng)溫度為30-70°C，在質(zhì)量濃度為2-5%的乙二胺溶液中，得到層狀Sb2O3微納米晶體顆粒。
全文摘要
本發(fā)明屬于微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一步法制備一維及其復(fù)合形貌氧化銻Sb2O3微納米粉體的方法。將SbCl3溶于乙醇的溶液加入到堿溶液中發(fā)生反應(yīng)，過(guò)濾、干燥得到一維及其復(fù)合形貌Sb2O3微納米粉體。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低、省時(shí)省力、節(jié)約能源、環(huán)境污染小，制備過(guò)程中不加任何添加劑，極具工業(yè)化應(yīng)用潛能。
文檔編號(hào)C01G30/00GK102502820SQ20111039111
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者吳志申, 張治軍, 徐翔民, 李賓杰, 李志偉, 趙彥保 申請(qǐng)人:河南大學(xué)