不溶于水的金属氢氧化物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制备不溶于水的金属氢氧化物的新方法及其用途。本发明专利技术的不溶于水的金属氢氧化物通过两次高温热处理步骤和洗涤步骤便捷高效地制备，从而包含少量的第二金属并且具有高的结晶度和相纯度。本发明专利技术的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物呈现出在低波长范围下(例如，490nm以下)的吸收波长和在高波长范围下(例如，500nm以上至小于1100nm)的发光波长。因此，本发明专利技术的不溶于水的金属氢氧化物可以有效地用在各种应用中，例如阻燃剂、抗酸剂、吸附剂等，并且还可以掺杂有另外的金属离子以用作制造催化剂、荧光材料、电极材料、二次电池材料等的原料。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及具有优异结晶性质的金属氢氧化物及其制备方法，其中所述金属氢氧化物特别是包含碱金属和/或碱土金属的金属氢氧化物。
技术介绍
金属氢氧化物是由金属离子和氢氧根(OH-)形成的化合物，并且具有强离子键性质的氢氧化物例如氢氧化钠容易溶解在水溶液中，而具有强共价键性质的氢氧化物例如氢氧化铍(Be(OH)2)不容易溶解在水溶液中。除氢氧化铍和氢氧化镁之外，碱金属族和碱土金属族的多数金属氢氧化物良好地溶于水中，而包含Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Ru、Rh、Ag、Cd、Ir、W、Au、Hg、Al、Ga、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu的过渡金属、后过渡金属和镧系金属的氢氧化物不溶于水。溶于水的金属氢氧化物用作强碱，而不溶于水的金属氢氧化物用作阻燃剂、抗酸剂、吸附剂等。此外，不溶于水的氢氧化物用作催化剂、荧光物质、电极材料、二次电池材料、纤维材料、磁性材料等。另外，前述不溶于水的金属氢氧化物可以通过在500℃以上的高温下的热处理转化成金属氧化物，因此前述不溶于水的金属氢氧化物也用作制备氧化物的前体。例如，氢氧化钇(Y(OH)3)通常由于六方晶相而形成例如棒、线、管和层状结构的结构体，并且具有该结构的氢氧化钇可以通过在高温(例如，500℃以上)下的热处理进行脱水以转化成氧化钇(Y2O3)。此时，根据结构中所保持的特性可以形成具有例如棒、线和管的结构的氧化钇(Y2O3)(参见：Shiba,F.等，CrystEngComm,2013,15:1061-1067)。同时，美国专利申请公开第2011/0143139号涉及一种制备金属氢氧化物纳米薄片的方法，其中该金属氢氧化物纳米薄片通过电化学法(使用电解装置)由各种金属的氧化物或氢氧化物构成。与燃烧合成法相比，电化学法在如下方面是不利的：该方法需要复杂的步骤并且不是经济有效的。美国专利第5,879,647号公开了一种在含有钇盐的溶液中沉淀氧化钇颗粒的方法(使用尿素的方法)。然而，由于需要复杂的工艺来控制氧化钇的粒径并且该方法的生产率低，所以该方法不适用于大规模生产。此外，不溶于水的金属氢氧化物可以通过液相法例如水热合成法或沉淀法从金属的硝酸盐、氯化物、碳酸盐等来制造。然而，通过上述液相法制造的金属氢氧化物通常往往具有低的结晶度并且不稳定。另外，由于该工艺的特性，难以使通过液相法制备的不溶于水的金属氢氧化物掺杂有第二金属组分。该工艺中的这些局限性使其难以在金属氢氧化物或由该金属氢氧化物得到的氧化物中均匀地包含第二金属组分，限制了金属氧化物的用途。因此，在本领域中迫切需要一种解决上述缺点的制备方法。贯穿本申请，参考了多个专利和出版物并且在括号中提供了引证。通过引用将这些专利和出版物的公开内容的全部内容在此并入本申请以更全面地描述本申请以及本专利技术所属领域的现状。
技术实现思路
本专利技术人进行了深入研究以开发一种用于制备具有高结晶度的不溶于水的金属氢氧化物的新方法。作为结果，本专利技术人已经发现一种以便捷高效的方式、通过如下步骤制备不溶于水的金属氢氧化物的方法：将可溶于水的第二金属的金属盐(特别是碱金属盐和/或碱土金属盐)添加至反应混合物；用燃烧合成法而不是液相法燃烧得到的混合物；在高温(例如，700℃至1400℃)下执行二次热处理；以及用水洗涤得到的产物以去除高活性的第二金属组分，并且确认在所制备的不溶于水的金属氢氧化物中仍然有在热处理之前已经形成化学上稳定的键的第二金属组分中的一部分，由此完成本公开内容。因此，详细描述的一方面提供一种制备不溶于水的金属氢氧化物的方法。详细描述的另一方面提供一种通过上述方法制备的不溶于水的金属氢氧化物。详细描述的又一方面提供一种制备不溶于水的金属氧化物的方法。详细描述的又一方面提供一种发光装置。详细描述的又一方面提供一种用于太阳能电池的波长转换组合物。根据下面的具体实施方式以及所附权利要求和附图，本公开内容的其他目的和优点将变得明显。在本专利技术的一个方面，提供了一种用于制备不溶于水的金属氢氧化物的方法，该方法包括如下步骤：(a)在400℃以上至小于700℃的温度下燃烧第一金属的金属盐、第二金属的金属盐和尿素的混合水溶液；(b)使在步骤(a)中得到的粉末在700℃至1300℃的温度下经历热处理；以及(c)用水溶液洗涤在步骤(b)中得到的粉末，其中所述粉末包括所述金属氢氧化物，所述金属氢氧化物包括所述第一金属和所述第二金属。在专利技术的另一方面，提供了一种根据前述方法制备的通过下式1表示的不溶于水的金属氢氧化物：式1M1-xOx/2(OH)3-x:Nw在式1中，M为选自镧系金属、过渡金属和后过渡金属中的一种或更多种金属；N为碱金属或碱土金属；并且x为0≤x≤2.9的实数且w为0.00001≤w≤0.5的实数。在本专利技术的又另一方面，提供了一种用于制备不溶于水的金属氧化物的方法，该方法包括如下步骤：在300℃至1400℃的温度范围内加热根据上述方法制备的不溶于水的金属氢氧化物。在本专利技术的又另一方面，提供了一种包括前述发荧光的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物、以及490nm以下的激发光源的发光装置。本专利技术人进行了深入研究以开发一种用于制备具有高结晶度的不溶于水的金属氢氧化物的新方法。作为结果，本专利技术人已经发现了通过如下步骤以便捷高效的方式制备不溶于水的金属氢氧化物的方法：将可溶于水的第二金属的金属盐添加至反应混合物；用燃烧合成法而不是液相法燃烧得到的混合物；在高温(例如，700℃至1400℃)下执行二次热处理；以及用水洗涤得到的产物以去除高活性的第二金属组分，并且确认在所制备的不溶于水的金属氢氧化物中仍然有在热处理之前已经形成化学上稳定的键的第二金属组分中的一部分。金属掺杂的氧化钇用作多个领域中的基础材料，例如包括发光荧光材料、多种陶瓷材料的烧结助剂以及高功率固态激光系统中的增益介质，这是因为该材料具有提高的烧结能力(例如，高热导率)和独特的发光性质(例如，宽发射线宽)。因此，已经尝试了各种方法(例如，机械粉碎法、气体蒸发法、共沉淀法、溶胶凝胶合成法等)用于得到具有优异的烧结能力和细而均匀的粒径的氧化钇(或氧化钇纳米粉末)。然而，这些方法具有如下局限性：这些方法由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备不溶于水的金属氢氧化物的方法，所述方法包括如下步骤：(a)在400℃以上至小于700℃的温度下燃烧第一金属的金属盐、第二金属的金属盐和尿素的混合水溶液；(b)使在步骤(a)中得到的粉末经历在700℃至1300℃的温度下的热处理；以及(c)用水溶液洗涤在步骤(b)中得到的粉末。

【技术特征摘要】
2014.09.26 KR 10-2014-01294241.一种制备不溶于水的金属氢氧化物的方法，所述方法包括如下步
骤：
(a)在400℃以上至小于700℃的温度下燃烧第一金属的金属盐、第
二金属的金属盐和尿素的混合水溶液；
(b)使在步骤(a)中得到的粉末经历在700℃至1300℃的温度下的
热处理；以及
(c)用水溶液洗涤在步骤(b)中得到的粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属为选自镧系金属、
过渡金属和后过渡金属中的一种或更多种金属。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属的金属盐为作为
包含Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra的盐化合
物的碱金属盐或碱土金属盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述金属氢氧化物中保留的
所述第二金属的量与所述第一金属的量相比在0.001原子％至50原子％
的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括去除水溶液的
步骤。
6.一种通过下式1表示的不溶于水的金属氢氧化物，所述不溶于水
的金属氢氧化物根据权利要求1至5中任一项所述的方法制备：
式1
M1-xOx/2(OH)3-x:Nw在所述式1中，M为选自镧系金属、过渡金属和后过渡金属中的一
种或更多种金属；N为碱金属或碱土金属；x为0≤x≤2.9的实数并且w
为0.00001≤w≤0.5的实数。
7.根据权利要求6所述的不溶于水的金属氢氧化物，其中所述不溶
于水的金属氢氧化物呈现出490nm以下的吸收波长和在500nm至1100
nm范围内的发光波长。
8.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵素惠，李升勇，卡恩·索万，朴锺九，金善镇，张皓盛，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR