一種釹鈷氧化物納米棒及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種釹鈷氧化物納米棒及其制備方法，屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的釹鈷氧化物納米棒由NdCoO3單相構(gòu)成，長(zhǎng)度約1μm，直徑約50nm。其制備方法的要點(diǎn)是：將鈷鹽、釹鹽、表面活性劑按一定摩爾比溶入水和聚二醇混合溶劑，其中水與聚二醇體積比為100：10～20，然后加熱到80～100℃，攪拌時(shí)間至少1h；然后將水合肼和氫氧化物依次加入，其中水合肼和鈷鹽摩爾比為1～3:10，氫氧化物和鈷鹽摩爾比大于3：2，反應(yīng)時(shí)間不少于30分鐘；最后，清洗烘干，得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明制備溫度低、無(wú)需添加模版、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)后處理工序及成本低、環(huán)境友好，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種釹鈷氧化物納米棒及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種釹鈷氧化物納米棒及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABO3型復(fù)合氧化物是一類(lèi)非常重要的無(wú)機(jī)功能材料，由于其靈活的化學(xué)剪裁特點(diǎn)以及獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而在光吸收、催化劑、固體燃料電池、電極材料以及化學(xué)傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。釹鈷氧化物(NdCoO3)是一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABO3型稀土復(fù)合氧化物材料，已經(jīng)被應(yīng)用于許多的【技術(shù)領(lǐng)域】。如，在環(huán)境催化方面，釹鈷氧化物在很多反應(yīng)如CO的催化氧化反應(yīng)、NOx的還原反應(yīng)以及光催化烴類(lèi)的反應(yīng)中均表現(xiàn)出很好的催化活性。材料的尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，其表面積會(huì)大幅增加，會(huì)對(duì)表面積有依賴(lài)左右的催化性能起著本質(zhì)的提升作用。我國(guó)有豐富的稀土資源，為充分利用資源，進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)我們納米技術(shù)的進(jìn)展，進(jìn)行形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)可控的釹鈷氧化物納米材料的制備方法研究意義重大。
[0003]宮曉杰等人(宮曉杰，李麗華，邵海，李秀萍，張金生。微波-凝膠法合成NdCoO3納米粒子。遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,25(2):29-31)利用微波輔助凝膠法合成了NdCoO3納米顆粒.陳偉凡等人(陳偉凡，劉磊力，李鳳生，李永繡，李慧泉。Salt-assistedcombust1n synthesis of NdCoO3NanoparticIes and their catalytic properties inthermal decomposit1n of ammonium perchlorate。Journal of rare earths，2007，25:21-26.)利用了鹽輔助燃燒法成功合成了 NdCoO3納米顆粒。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“用拉曼散射分析鑭系稀土鈷氧化物的晶體結(jié)構(gòu)的方法”(專(zhuān)利號(hào):200610016825.8)利用高溫固相反應(yīng)法制備出了鑭系稀土鈷氧化物多晶，并用拉曼散射分析了其晶體結(jié)構(gòu)。
[0004]釹鈷氧化物納米材料的主要合成方法有:共沉淀法、高溫固相法和溶膠-凝膠法。共沉淀法的產(chǎn)物粒徑較大，無(wú)法有效控制其粒徑分布；高溫固相法易于使釹鈷氧化物分解成一簡(jiǎn)單氧化物和一富含鈷的尖晶石相；溶膠-凝膠法易引入雜質(zhì)，相純度不高。釹鈷氧化物納米棒具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，粒徑小、長(zhǎng)徑比大，比表面積大，可增大活性物質(zhì)與材料間的接觸面積等特點(diǎn)，因此，可控合成釹鈷氧化物納米棒，可以提高催化性能，引起了人們的研究興趣。釹鈷氧化物納米棒可望成為納米領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力的新材料，然而，到目前為止還沒(méi)有關(guān)于釹鈷氧化物納米棒的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種釹鈷氧化物納米棒及其制備方法。
[0006]本發(fā)明制備釹鈷氧化物納米棒由NdCoO3晶向構(gòu)成，平均長(zhǎng)度為I μ m，平均直徑為50nmo
[0007]本發(fā)明所提供的釹鈷氧化物納米棒的制備方法，是采用水溶性鈷鹽(硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷等)、水溶性釹鹽(硝酸釹、氯化釹、硫酸釹、醋酸釹等)、聚二醇(聚已二醇，聚丙二醇等)、表面活性劑(聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷等)為原料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)以及自組裝過(guò)程制備出釹鈷氧化物納米棒，具體包括以下步驟:
[0008](1)將水溶性鈷鹽、水溶性釹鹽、聚二醇、表面活性劑依次加入溶劑中溶解；
[0009](2)將步驟(1)所得混合物，加熱，進(jìn)行恒溫?cái)嚢瑁?br> [0010](3)將水合肼和水溶性氫氧化物添加入步驟(2)所得混合物之中，進(jìn)行反應(yīng)；
[0011](4)待步驟(3)所得混合物自然冷卻到室溫后，取出上層清液，離心分離下層沉淀，清洗，烘干，即得釹鈷氧化物納米棒。
[0012]所述步驟(1)中:水溶性鈷鹽選自硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷中的任一種；所述水溶性釹鹽選自硝酸釹、氯化釹、硫酸釹、醋酸釹中的任一種；所述聚二醇選自聚乙二醇、聚丙二醇中的一種；所述表面活性劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷中的一種；所述溶劑為水和聚二醇混合溶劑，按體積比，水:聚二醇為100:10?20 ;所述水溶性鈷鹽、水溶性釹鹽、表面活性劑的摩爾比為100:100:10?20。
[0013]所述步驟⑵中:加熱的溫度為80?100°C ;恒溫后攪拌時(shí)間至少lh。
[0014]所述步驟(3)中:按摩爾比，水合肼:水溶性鈷鹽為1?3:10 ;所述水溶性氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種，水溶性氫氧化物與水溶性鈷鹽的摩爾比大于3:2 ;所述反應(yīng)時(shí)間不少于30分鐘。
[0015]所述步驟(4)中:所述清洗是依次用水和乙醇反復(fù)清洗至少3次，所述烘干的溫度為80?100°C，所述烘干的時(shí)間為5?10h。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]1)本發(fā)明不需要超過(guò)100°C的加熱，具有降低生產(chǎn)成本和減少合成時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)；
[0018]2)本發(fā)明在制備過(guò)程無(wú)需模版，條件簡(jiǎn)單，易于控制，為釹鈷氧化物納米棒的實(shí)際應(yīng)用提供了條件；
[0019]3)該方法制備的釹鈷氧化物納米棒純度高、產(chǎn)率大。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明制備的釹鈷氧化物納米棒的X-射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜；
[0021]根據(jù)JCPDS PDF卡片(JCPDS卡，N0.73-1198)，可以檢索出所得釹鈷氧化物納米棒由NdCo03晶相構(gòu)成。
[0022]圖2為本發(fā)明制備的釹鈷氧化物納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；
[0023]從圖中可以看出所得產(chǎn)物為納米棒狀結(jié)構(gòu)，所得釹鈷氧化物納米棒的長(zhǎng)度約
1μ m,直徑約為50nm。
[0024]圖3為本發(fā)明所制備的釹鈷氧化物納米棒的高分辨投射電子顯微鏡圖像；
[0025]從圖中可以看出所得釹鈷氧化物納米棒具有規(guī)則的晶格條紋，說(shuō)明此種納米棒由良好的單晶構(gòu)成。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1
[0028]將氯化鈷、氯化釹、聚環(huán)氧己烷按摩爾比100:100:10溶入水和聚已二醇混合溶齊U，其中水和聚已二醇按體積比為100:10，然后加熱到80°C，恒溫后攪拌時(shí)間lh。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和氯化鈷按摩爾比為1:10，氫氧化鈉和氯化鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗3次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在5小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0029]實(shí)施例2
[0030]將氯化鈷、氯化釹、聚環(huán)氧乙烷按摩爾比100:100:15溶入水和聚乙二醇混合溶齊U，其中水和聚乙二醇按體積比為100:15，然后加熱到90°C，恒溫后攪拌時(shí)間2h。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和氯化鈷按摩爾比為2:10，氫氧化鈉和氯化鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗4次，烘干的溫度在100°C，烘干時(shí)間在6小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0031]實(shí)施例3
[0032]將氯化鈷、氯化釹、聚環(huán)氧丙烷按摩爾比100:100:20溶入水和聚丙二醇混合溶齊U，其中水和聚丙二醇按體積比為100:20，然后加熱到100°C，恒溫后攪拌時(shí)間2h。然后將水合肼和氫氧化鉀依次加入，其中水合肼和氯化鈷按摩爾比為3:10，氫氧化鉀和氯化鈷按摩爾比為4:2，反應(yīng)時(shí)間為40分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗5次，烘干的溫度在90°C，烘干時(shí)間在10小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0033]實(shí)施例4
[0034]將硫酸鈷、硫酸釹、聚環(huán)氧丙烷按摩爾比100:100:15溶入水和聚丙二醇混合溶齊U，其中水和聚丙二醇按體積比為100:15，然后加熱到90°C，恒溫后攪拌時(shí)間2h。然后將水合肼和氫氧化鉀依次加入，其中水合肼和硫酸鈷按摩爾比為2:10，氫氧化鉀和硫酸鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為50分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗6次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在8小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0035]實(shí)施例5
[0036]將硫酸鈷、硫酸釹、聚環(huán)氧乙烷按摩爾比100:100:15溶入水和聚乙二醇混合溶齊U，其中水和聚乙二醇按體積比為100:15，然后加熱到90°C，恒溫后攪拌時(shí)間2h。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和硫酸鈷按摩爾比為3:10，氫氧化鈉和硫酸鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗6次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在8小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0037]實(shí)施例6
[0038]將硝酸鈷、硝酸釹、聚環(huán)氧乙烷按摩爾比100:100:20溶入水和聚乙二醇混合溶齊U，其中水和聚乙二醇按體積比為100:20，然后加熱到100°C，恒溫后攪拌時(shí)間3h。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和硝酸鈷按摩爾比為2:10，氫氧化鈉和硝酸鈷按摩爾比為5:2，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗3次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在10小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0039]實(shí)施例7
[0040]將醋酸鈷、醋酸釹、聚環(huán)氧丙烷按摩爾比100:100:15溶入水和聚丙二醇混合溶齊U，其中水和聚丙二醇按體積比為100:15，然后加熱到90°C，恒溫后攪拌時(shí)間2h。然后將水合肼和氫氧化鉀依次加入，其中水合肼和醋酸鈷按摩爾比為2:10，氫氧化鉀和醋酸鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為50分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗6次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在8小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0041]實(shí)施例8
[0042]將醋酸鈷、醋酸釹、聚環(huán)氧乙烷按摩爾比100:100:20溶入水和聚乙二醇混合溶齊U，其中水和聚乙二醇按體積比為100:20，然后加熱到100°C，恒溫后攪拌時(shí)間3h。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和硝酸鈷按摩爾比為2:10，氫氧化鈉和硝酸鈷按摩爾比為5:2，反應(yīng)時(shí)間為60分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗3次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在10小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
[0043]實(shí)施例9
[0044]將醋酸鈷、醋酸釹、聚環(huán)氧己烷按摩爾比100:100:10溶入水和聚已二醇混合溶齊U，其中水和聚已二醇按體積比為100:10，然后加熱到80°C，恒溫后攪拌時(shí)間lh。然后將水合肼和氫氧化鈉依次加入，其中水合肼和醋酸鈷按摩爾比為1:10，氫氧化鈉和醋酸鈷按摩爾比為3:2，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘。最后，清洗依次用水和乙醇反復(fù)清洗3次，烘干的溫度在80°C，烘干時(shí)間在5小時(shí)。制備出了長(zhǎng)度約為1 μ m、直徑約50nm的釹鈷氧化物納米棒。
【權(quán)利要求】
1.一種釹鈷氧化物納米棒,其特征在于,該釹鈷氧化物納米棒由NdCoO3單相構(gòu)成,平均長(zhǎng)度為I μ m,平均直徑為50nm。
2.如權(quán)利要求1所述的釹鈷氧化物納米棒的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將水溶性鈷鹽、水溶性釹鹽、聚二醇、表面活性劑依次加入溶劑中溶解； (2)將步驟(I)所得混合物，加熱，進(jìn)行恒溫?cái)嚢瑁? (3)將水合肼和水溶性氫氧化物添加入步驟(2)所得混合物之中，進(jìn)行反應(yīng)； (4)待步驟(3)所得混合物自然冷卻到室溫后，取出上層清液，離心分離下層沉淀，清洗，烘干，即得釹鈷氧化物納米棒； 所述步驟(I)中:水溶性鈷鹽選自硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷中的任一種；所述水溶性釹鹽選自硝酸釹、氯化釹、硫酸釹、醋酸釹中的任一種；所述聚二醇選自聚乙二醇、聚丙二醇中的一種；所述表面活性劑選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷中的一種；所述溶劑為水和聚二醇混合溶劑，按體積比，水:聚二醇為100:10?20 ;所述水溶性鈷鹽、水溶性釹鹽、表面活性劑的摩爾比為100:100:10?20 ; 所述步驟(2)中:加熱的溫度為80?100°C ;恒溫后攪拌時(shí)間至少I(mǎi)h ； 所述步驟(3)中:按摩爾比，水合肼:水溶性鈷鹽為I?3:10 ;所述水溶性氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種，水溶性氫氧化物與水溶性鈷鹽的摩爾比大于3:2 ;所述反應(yīng)時(shí)間不少于30分鐘； 所述步驟(4)中:所述清洗是依次用水和乙醇反復(fù)清洗至少3次，所述烘干的溫度為80?100°C，所述烘干的時(shí)間為5?1h。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104310492SQ201410514824
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】劉先國(guó), 孫玉萍, 吳念獨(dú), 崔彩云 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)