一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法以及由此得到的球状二氧化钍颗粒技术

本发明专利技术提供一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将硝酸钍溶解于水中形成硝酸钍溶液；将脲溶解于水中形成脲溶液；将所述硝酸钍溶液和所述脲溶液转移到反应釜内，其中，钍与脲的摩尔比为1:1～10；将所述反应釜置于微波反应器中，选择反应温度为120‑200℃，加热反应30‑60min，反应釜中得到的微波产物进行离心分离得到沉淀物；干燥所述沉淀物，得到片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料。本发明专利技术还提供一种根据上述方法制备得到的球状二氧化钍颗粒。总之，根据本发明专利技术的制备方法不仅工艺简单、而且重现性好，且所用原料均为无机化合物，廉价易得，成本较低，环境友好且易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法以及由此得到的球状二氧化钍颗粒
本专利技术属特殊形貌稀土氧化物材料制备工艺
，更具体地涉及一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法以及由此得到的球状二氧化钍颗粒。
技术介绍
纳米稀土氧化物材料的制备方法有多种，常用的水热法，是密闭容器中的相对高温高压的液相反应，使材料在一定温度、压力下反应、生长、成核以制备特殊形貌的纳米材料。此类材料一般具备高表面积、高活性等特点广泛应用于吸附催化等方面。纳米氧化钍也具有上述应用，但是目前使用水热法制备纳米氧化钍的研究相对其他稀土氧化物较少。目前用水热法制备氧化钍的方法主要有普通水热法和特殊水热法。普通水热法除了高温高压外，一般反应较长十几小时到几天不等；使用特殊水热法在水热反应条件下外加直流电场、磁场、微波电磁场等条件相对普通水热法更易于改变材料的常规生长成核方式，制得特殊形貌的纳米材料，而且相较于普通水热法可以减少水热合成时间，降低反应温度。本专利技术就是使用微波辅助水热法制备的球状纳米二氧化钍。另外近年来也有使用特殊环境制备纳米氧化钍的，如文献：MoeiniM,MalekzadehA,AhmadiSJ,etal.Synthesisofthoriananoparticlesviathehydrothermalmethodinsupercriticalcondition[J].MaterialsLetters,2012,81(11):99-101中使用超临界条件水热方法制备的，但是该方法中使用的合成温度较高450℃，而且对临界条件的要求严苛。而使用微波水热的特点是可以显著减少反应时间并且降低反应温度，从而在水热过程中能以更低的温度和更短的时间进行晶核的形成和生长，反应温度和时间的降低，限制了产物微晶粒的进一步长大，有利于制备超细粉体材料。而且目前，未见报道使用微波辅助水热法制备特殊形貌纳米氧化钍的案例。
技术实现思路
为了解决水热/溶剂热法制备前驱体时间较长的问题，本专利技术旨在提供一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法以及由此得到的球状二氧化钍颗粒。本专利技术提供一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1，将硝酸钍溶解于水中形成硝酸钍溶液；S2，将脲溶解于水中形成脲溶液；S3，将所述硝酸钍溶液和所述脲溶液转移到反应釜内，其中，钍与脲的摩尔比为1:1～10；S4，将所述反应釜置于微波反应器中，选择反应温度为120-200℃，加热反应30-60min，反应釜中得到的微波产物进行离心分离得到沉淀物；S5，干燥所述沉淀物，得到片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料。特别地，根据本专利技术的制备方法得到的二氧化钍纳米材料具有相对均一的形貌且具有片状表面结构，与常规的沉淀法得到的粉末完全不同。而且，通过步骤S4中的微波辅助将制备二氧化钍的过程缩短到几十分钟，从而在较短的时间内达到纯相，而且晶型较好。其中，微波时间如果太短的话，材料晶体结构还没长好，而如果时间太长的话，晶体结构容易被破坏，本专利技术多次实验后最终确定微波时间为30-60min。优选地，步骤S3中的钍与脲的摩尔比为2:3或3:3。优选地，步骤S3中的反应釜为100ml聚四氟反应釜。优选地，步骤S4中的微波功率为400-1000W。具体来说，步骤S3中的反应釜在套入一个外罐中后置于微波反应器中，此时可以将多个外罐至于微波反应器中，当然，罐数越多的话，功率就相应地设置高一点。可以理解，功率是和温度相关的参数，为了升高温度才需要提高微波功率。通常，一个外罐需要至少100W，一次可以在微波反应器中置入4-16罐。所述步骤S1具体为：将Th(NO3)4·6H2O在室温搅拌或超声下溶解于去离子水中，搅拌形成均匀透明的溶液。所述步骤S2具体为：将CO(NH2)2在室温搅拌或超声下溶解于去离水水中，搅拌形成均匀透明的溶液。应该理解，该硝酸钍溶液和脲溶液的浓度最好不要太低，否则量取后体积太大。通常使得二者混合后的转移入反应釜内的总体积不超过反应釜体积的1/3。所述步骤S4包括：利用无水乙醇洗涤所述沉淀物。优选地，利用无水乙醇洗涤所述沉淀物2-3次，离心后，去除乙醇清洗液。所述步骤S5具体为：将所述沉淀物在60-80℃下干燥6-10小时。应该理解，在此选择该温度是因为在离心管内干燥以防止离心管烧变形而确定的，如果批量的将产物取出并置于玻璃器皿中干燥，也可以超过100℃并在更短的时间内完成。所述制备方法还包括步骤S6，将所述球状二氧化钍纳米材料在马弗炉350～600℃空气气氛下焙烧60～120min。本专利技术还提供一种根据上述方法制备得到的球状二氧化钍颗粒。所述球状二氧化钍颗粒的直径约为10～80nm。应该理解，该球状二氧化钍的直径为分布范围，其通过TEM谱图可以直接获得。总之，根据本专利技术的制备方法不仅工艺简单、而且重现性好，且所用原料均为无机化合物，廉价易得，成本较低，环境友好且易于工业化生产。而且，本专利技术的二氧化钍颗粒为表面片状的球状形貌，片状的堆叠使其比普通的二氧化钍粉末有较大的比表面积和孔隙率，因此在吸附及催化方面可能有很好的应用，为功能材料的研究应用开发奠定了良好基础。附图说明图1示出了根据本专利技术的制备方法，摩尔比钍：脲＝2:3(或者1:1.5)时在不同温度下得到的二氧化钍(ThO2)粉末的X-射线衍射仪(XRD)谱图；图2示出了根据本专利技术的制备方法，在180℃，反应1h时，不同钍、脲摩尔比制备的材料(均未焙烧)的二氧化钍(ThO2)粉末的XRD图谱；图3示出了根据本专利技术的制备方法，在200℃，钍、脲摩尔比1:1.5时，不同的反应时间下制备的二氧化钍(ThO2)粉末的XRD图谱；图4a示出了根据本专利技术的制备方法，在180℃，1h，钍：脲摩尔比为2：3时得到的二氧化钍(ThO2)粉末的透射电子显微镜(TEM)图；图4b示出了根据本专利技术的制备方法，在180℃，1h，钍：脲摩尔比为3：3时得到的二氧化钍(ThO2)粉末的透射电子显微镜(TEM)图；图4c是同图4b中的二氧化钍同样制备条件下的样品放大图；图4d是示出了根据本专利技术的制备方法，在180℃，1h，钍：脲摩尔比为3：3时得到的二氧化钍(ThO2)粉末的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)下观察到的二氧化钍片状纳米球边缘的图片及其选区衍射图(SAED)见插图；图5a-图5e示出了根据本专利技术的制备方法，反应时间为1h(120℃的为0.5h)，钍：脲摩尔比为2:3时，不同反应温度下(120℃-200℃)，得到的纳米二氧化钍(ThO2)的TEM图；图5f是图5e中箭头区域的HR-TEM图及其选区衍射图(SAED)见插图，从环状的图可以得知产物也是多晶结构；图6a-图6e示出了根据本专利技术的制备方法，180℃，不同Th：脲比例(1:1～1:7)，水热反应1小时的产物TEM图；图6f示出了根据本专利技术的制备方法，200℃，Th：脲比例为1:10，水热反应1小时的产物TEM图，从图6a～f中的形貌可以看出在以上不同比例范围内得到的纳米二氧化钍也都是片状表面球体结构，球体直径大小也在约10-80nm范围内。图7a示出了根据本专利技术的制备方法，120℃，Th：脲比例为1:10，水热反应30min的产物TEM图；图7b示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将硝酸钍溶解于水中形成硝酸钍溶液；S2，将脲溶解于水中形成脲溶液；S3，将所述硝酸钍溶液和所述脲溶液转移到反应釜内，其中，钍与脲的摩尔比为1:1～10；S4，将所述反应釜置于微波反应器中，选择反应温度为120‑200℃，加热反应30‑60min，反应釜中得到的微波产物进行离心分离得到沉淀物；S5，干燥所述沉淀物，得到片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将硝酸钍溶解于水中形成硝酸钍溶液；S2，将脲溶解于水中形成脲溶液；S3，将所述硝酸钍溶液和所述脲溶液转移到反应釜内，其中，钍与脲的摩尔比为1:1～10；S4，将所述反应釜置于微波反应器中，选择反应温度为120-200℃，加热反应30-60min，反应釜中得到的微波产物进行离心分离得到沉淀物；S5，干燥所述沉淀物，得到片状表面结构的球状二氧化钍纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将Th(NO3)4·6H2O在室温搅拌或超声下溶解于去离子水中，搅拌形成均匀透明的溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：将CO(NH2)2在室温...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔荣荣，窦强，刘艳成，王晨阳，程治强，李晴暖，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31