一种氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：根据氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备量及其组成中稀土元素与镁的化学计量比，称取相应量预先制备的氢氧化镁模板，配制相应体积的浓度为0.01～0.2mol/L且pH值为3～7的稀土盐溶液，将模板加入稀土盐溶液中，在室温下，搅拌20～120分钟后，过滤、洗涤，在60～100℃下，干燥120～240分钟，然后在400～900℃下，煅烧30～240分钟，即得最终产物。本发明专利技术制备过程简单、快速、自发、不使用添加剂，模板易于大量制备，且模板的形貌、尺寸能够被良好地遗传给前驱体以及最终产物，产物分散性良好，粒径约为1～2μm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料的制备领域，涉及核壳结构花状纳米复合材料的制备方法。技术背景近年来，核壳结构材料由于其独特的结构和性质在催化、吸附、医学、发光等领域都得到了广泛应用。稀土元素由于其特殊的4f电子轨道层，使其拥有了许多特殊的性质，在发光材料、催化材料、生物材料等领域都获得了广泛而深入的应用，特别是有关稀土氧化物的核壳结构材料成为研究的热点，目前制备核壳结构材料的方法主要有溶胶凝胶法、均相沉淀法、水热法、自组装法、火焰气溶胶法等，这些方法大多过程复杂，需较高温度，对设备要求严格，难以大量制备，对形貌和粒径难以控制，形成的包覆层不均匀。均相沉淀法是利用均相沉淀剂将稀土离子沉淀在氧化物表面，再经过热处理得到核壳结构产物的方法。Hua-Jun Feng等通过控制尿素的均相水解获得了球形、单分散的S12OY2O3 = Eu3+焚光粉 ；Lizhu Tong等人将均相溶液在 180°C加热 8h，制备得到了 Fe3O4OY2O3:Eu3+焚光粉。这种方法尽管相对简单，然而存在一些难于克服的缺点，例如，包覆效率低，部分稀土沉淀散落在溶液中不能被吸附；包覆层和内核之间为物理包覆，以分子力连接，结构不致密；表面活性剂的加入，为体系引入了新的杂质离子；包覆层量难以控制；而且，倘若内核达到纳米尺寸，在均相溶液中极易发生团聚，从而无法包覆，因此，寻找一种快捷、简单、高效的方法制备核壳结构材料是亟需解决的问题。本专利提出自牺牲模板法制备氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料，以易于大量、快速制备的氢氧化镁为模板，在负载氢氧化稀土的同时模板也被消耗，反应过程快速、操作简单、能够大量制备；反应过程中不掺入表面活性剂，避免了引入多余的杂质离子；通过控制氢氧化镁模板的形貌、尺寸能够控制产物的形貌、尺寸；制备的包覆结构通过化学键力包覆，包覆结构致密，且没有自由沉淀，不产生浪费；此外，通过简单控制反应物的加入配比，能够直接控制包覆层量，是一种快捷、简单、高效、容易大规模推广的的制备包覆结构材料方法。目前自牺牲模板法制备纳米材料，主要应用于制备一维结构材料、空心结构材料上，而在三维结构材料的应用中研究甚少。如Li等人以Cd (OH)2纳米线为自牺牲模板，通过自牺牲法，利用阴离子交换，而制备了 CdS纳米空心管 ；Yi Li 等人利用 CdOHCl 微米棒聚集束为自牺牲模板，在玻璃皿上成功制备了 CdX (X = S，Se)微米管。目前核壳花状三维纳米结构的合成还未见文献报道。Mg(OH)2作为前驱体内核，热处理得到MgO为内核、负载氧化稀土的核壳结构，MgO的性质熔点高，在高温和光波的激发下性质稳定，十分适宜做内核材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，简单、快捷、高效地制备花状核壳结构材料。该方法采用Mg (OH) 2作为自牺牲模板，在其表面发生沉淀转化反应，经过阳离子交换得到前驱体，其反应方程式为:3Mg (OH) 2+RE3+— RE (OH) 3+3Mg2+其中，RE为 Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Po、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一种或者多种。本专利技术所述的方法包括以下步骤:(I)根据氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备量及其稀土元素与镁的化学计量比，称取相应量的用作模板的花状氢氧化镁；(2)根据氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备量及其稀土元素与镁的化学计量比，配制相应体积的浓度为0.01?0.2mol/L且pH值为3?7的稀土盐溶液；(3)将步骤⑴制备的花状氢氧化镁加入步骤(2)配制的稀土溶液中，在室温下，搅拌20?120分钟后，过滤、洗涤，在60?100°C下，干燥120?240分钟；(4)将步骤(3)得到的产物在400?900 °C下，煅烧30?240分钟，即得最终产物。本专利技术所述制备方法的步骤(I)中，花状氢氧化镁的制备是按照以下步骤:称取适量的镁盐配制成2mol/L的溶液，在20?60°C条件下，一边搅拌，一边往镁盐溶液里滴加30%浓氨水，当溶液pH值为10.5时，即停止滴加氨水和搅拌，得到的悬浊液在室温下陈化30?120分钟，过滤、洗涤，干燥，即得花状氢氧化镁，所用的镁盐是硫酸镁、硝酸镁或氯化镁中的一种或多种。本专利技术所述制备方法的步骤(2)中，所配制的稀土盐是镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇或钪的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐中的一种或多种；稀土盐溶液用去离子水溶解相应稀土的硝酸盐、氯化物或硫酸盐配制而成，或者用相应的酸溶解相应稀土氧化物、氢氧化物或碳酸稀土配制而成。根据兰氏化学手册第十六版，Mg (OH)^KspS 5.61 X 10 6，而RE (OH) 3的K sp大都小于1 X 10 22。由于两者的巨大差距，Mg(OH)2在水溶液中就会被自发转化为RE(OH) 3。据热力学计算，该反应在常温常压下的标准吉布斯函数的变化量约为-65kJ/mol ( Δ G〈0)，表明在常温常压下该反应热力学上是自发的，研究表明在动力学上，该反应可以在30min内反应完全，速度快捷。由于氢氧化镁在水溶液中只有微量电离，因此在其表面形成了一个OH离子的浓度梯度层，在其表面具有最大的浓度，向溶液中逐渐减少，因此，氢氧化稀土首先在氢氧化镁的表面成核生长。正是由于氢氧化稀土通过化学反应，直接沉积在模板表面，因此包覆层和内核通过化学键力包覆，分子力连接更加致密；而氢氧化镁模板在转化的同时也被消耗，不需要后续的去除模板的过程，操作简单；氢氧化稀土全部沉积在模板表面，没有自由沉淀，包覆效率高，不产生浪费；在此反应中，不使用表面活性剂，避免了多余的杂质离子的引入；产物的形貌良好地遗传了模板的形貌，通过简单控制模板的形貌，就可以控制产物形貌。本专利技术具有制备过程简单、条件温和、快速、自发、不使用表面活性剂，模板易于大量制备，且模板的形貌、尺寸能够被良好地遗传给前驱体以及最终产物，所制备的产物分散性良好，粒径约为I?2 μπι。本专利技术涉及发光、吸附、催化等领域，对核壳结构纳米复合材料的制备具有重要的推广意义。【附图说明】图1为所制备的氢氧化镁模板的扫描电镜照片，由图可知，制得的氢氧化镁模板为粒径1-2 μ m的球形花状结构。图2为所制备的氢氧化镁模板的透射电镜照片，由图可知，制得的氢氧化镁模板的花状结构是由许多纳米片组装而成的，片的厚度约为10nm。图3为所制备的氢氧化镁模板的XRD图谱，由图3可知，制得的氢氧化镁模板与JCPDS 44-1482氢氧化镁的特征衍射峰吻合。图4为实施例1所制备的MgO/(Y0.95Eu0.05) 203核壳结构花状纳米复合材料的XRD图谱。由图可知，有MgO和Y2O3两种物相的特征衍射峰，由于Eu 3+进入Y 203的晶格，没有出现Eu2O3的特征衍射峰。图5为实施例1所制备的Mg0/(Ya95Eua(]5)203核壳结构花状纳米复合材料的扫描电镜照片，由图可知，制得的产物遗传了模板的花状结构形貌，由右上角的插图可知，花瓣表面被负载上了一层纳米颗粒。图6为实施例1所制备的MgO/(Y0.95Eu0.05)203核壳结构花状纳米复合材料的透射电镜照片，由图可知，制得的产物是花状结构，且花瓣的表面被负载上了许多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)根据氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备量及其稀土元素与镁的化学计量比，称取相应量的用作模板的花状氢氧化镁；(2)根据氧化镁/稀土氧化物核壳结构花状纳米复合材料的制备量及其稀土元素与镁的化学计量比，配制相应体积的浓度为0.01～0.2mol/L且pH值为3～7的稀土盐溶液；(3)将步骤(1)制备的花状氢氧化镁加入步骤(2)配制的稀土溶液中，在室温下，搅拌20～120分钟后，过滤、洗涤，在60～100℃下，干燥120～240分钟；(4)将步骤(3)得到的产物在400～900℃下，煅烧30～240分钟，即得最终产物；步骤(1)中，花状氢氧化镁的制备按照以下步骤：称取适量的镁盐配制成2mol/L的溶液，在20～60℃条件下，一边搅拌，一边往镁盐溶液里滴加30％浓氨水，当溶液pH值为10.5时，即停止滴加氨水和搅拌，得到的悬浊液在室温下陈化30～120分钟，过滤、洗涤，干燥，即得花状氢氧化镁，所用的镁盐是硫酸镁、硝酸镁或氯化镁中的一种或多种；步骤(2)中，所配制的稀土盐是镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇或钪的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐中的一种或多种；稀土盐溶液用去离子水溶解相应稀土的硝酸盐、氯化物或硫酸盐配制而成，或者用相应的酸溶解相应稀土氧化物、氢氧化物或碳酸稀土配制而成。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟凡，李治洲，刘洋，谭友德，张庆飞，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。