一种二氧六环为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法技术

本发明专利技术为一种二氧六环为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。该方法步骤为：(1)取25份的氧氯化锆-二氧六环-水混合液；(2)取25份的氢氧化钠-二氧六环-水混合液；(3)将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的烧瓶中，回流反应1～4小时；(4)然后将步骤(3)中得到的混合物升温到100～160℃，自生压力下混合溶剂热反应12～36小时；(5)室温下静置，然后水洗，再经抽滤或离心分离，烘干得到白色粉末为有序层状纳米氧化锆多晶粉体；(6)将(5)所得的粉末升温到600℃后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的有序层状纳米氧化锆多晶粉体。本发明专利技术方法所得到的氧化锆多晶粉体具有有序层状纳米结构，无需表面活性剂、聚合物等模板剂，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案属于有序纳米结构材料合成
，具体为一种以有机小分子为模板制备有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。
技术介绍
氧化锆是一种过渡金属氧化物，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性，并且具有高熔点(2700°C )和高沸点、热膨脉系数大、耐高温、导热系数小、耐磨性好、抗蚀性能好等优良性能，而有序的纳米结构的氧化锆具有某些独特性能，如常温下为绝缘体，高温下则具有导电性、敏感特性、增韧性等，在耐磨材料、耐火材料、热障涂层材料、燃料电池、催化剂载体、医用、气敏性、润滑油添加剂等领域具有重要的应用前景。 氧化锆的制备方法较为多样，简单可分为物理法和化学法。物理方法主要包括冷冻干燥法、高温喷雾热解法、高能球磨法等。化学法主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法和水热/溶剂热法等。化学法中利用表面活性剂作为模板诱导合成纳米氧化锆已成为较为普遍的方法。目前，有序纳米结构氧化错的研究中，如(Chao Liu, Shanshan Zhao, XiujieJi, Bin Wang.Dongxia Ma, A novel reflux-hydrothermal synthesis of thermallystable lamellar crystalline zirconia via SDS template， Materials Chemistryand Physics，2012，133 (2-3):579-583.)，该文献报道了一种以表面活性剂十二烷基磺酸(SDS)为模板制备层状纳米氧化锆材料的方法。自组装纳米结构氧化锆的制备一般都要采用表面活性剂、嵌段聚合物等有机分子为模板，上述模板剂的使用增加了成本和环境负荷。实施无表面活性剂模板合成氧化锆是一种新方法，可以克服传统方法使用表面活性剂和嵌段聚合物作为模板造成的成本的增加。二氧六环是一种重要的有机溶剂，具有很好的溶解能力，但是二氧六环作为模板剂合成有序层状纳米氧化锆未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种二氧六环为模板剂制备有序层状结构纳米氧化锆多晶粉体的方法。该方法以二氧六环为模板，采用“回流-混合溶剂热”相结合的方法制备具有有序纳米结构的氧化锆多晶粉体，而且该多晶粉体还表现出很好的热稳定性。以克服有序纳米结构氧化锆需要表面活性剂或聚合物等作为模板才能合成的缺点；以克服已有有序纳米结构氧化错粉体的热稳定差、纳米晶排列无序等缺点。本专利技术解决该问题所采取的技术方案是:—种二氧六环为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，其步骤是:(1)取25份浓度为0.0001~0.0002摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液，再加入12.5~25份的二氧六环,配制成氧氯化锆-水-二氧六环的混合溶液，待用；(2)取25份浓度为0.0288克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液,再加入12.5~25份的二氧六环,配制成氢氧化钠-水-二氧六环的混合溶液，待用；(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的反应器中，升温，回流反应1~4个小时；(4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，升温到100°C~160°C，自生压力下混合溶剂热反应12~36小时；(5)室温下原液静置0~3天，然后水洗，再经抽滤或离心分离，烘干，得到白色粉体为有序层状纳米氧化错多晶粉体；(6)将(5)中所得的粉末升温至600°C后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的有序层状纳米氧化锆多晶粉体；上述分组的分数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。上面步骤(1)和⑵中所述的二氧六环为模板剂。上面步骤(1)和⑵中所述的整体二氧六环/水比为1/2~1/1。本专利技术的有益效果是:1.本专利技术方法所得的氧化锆多晶粉体是指具有有序层状纳米结构的多晶粉体。如图2所示，产物中片层纳米氧化锆和纳米孔道平行相间排列成有序层状纳米结构，该结构的重复周期约为1.24纳米，与XRD小角衍射对应的d值相一致。从图1产物的XRD谱图可以看出，产物为氧化锆纳米晶，且经过600°C煅烧后，其XRD小角部分仍然保持着明显的衍射峰，说明产物有良好的热稳定性。2.本专利技术采用二氧六环-水制备体系，无需表面活性剂、聚合物等模板剂，二氧六环可以重复回收利用，降低了生产成本。3.本专利技术采用的原料氧氯化锆、氢氧化钠、二氧六环均为普通化学试剂，廉价易得。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为实施例1中有序层状纳米氧化锆多晶粉末的XRD谱图，其中(a)为煅烧前的产物，(b)为煅烧后的产物。图2为实施例1中的产物中观测到有序层状纳米结构的透射电镜照片。【具体实施方式】实施例1(1)将0.005mol氧氯化锆溶于盛有25ml水的烧瓶中，然后向烧瓶中加入25ml的二氧六环，配制成氧氯化锆-二氧六环-水混合液,待用；(2)将0.72g氢氧化钠溶解于盛有25ml水的烧瓶中，再加入25ml的二氧六环,配制成氢氧化钠-二氧六环-水混合液,待用；(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的烧瓶中，升温，回流反应2小时；(4)然后将步骤(3)中得到的混合物移到反应釜的内套聚四氟乙烯容器中，密封，将反应釜放入烘箱中，升温到160°C，自生压力下混合溶剂热反应12小时；(5)室温下静置1天，然后水洗3次，再经离心分离，所得的沉淀在60°C下5小时烘干，得到白色粉末为有序层状纳米氧化锆多晶粉体0.55g ；(6)将(5)所得的粉末从室温以5摄氏度/分钟的速率升温到600°C后煅烧2小时，得到产物为有序层状纳米氧化锆多晶粉末0.52g ；经XRD测试，产物为具有有序层状纳米结构的氧化锆多晶粉末。图1中煅烧前后的样品，产物都是氧化锆纳米晶。煅烧前后的样品的小角衍射部分均为一个明显衍射峰，其对应的层状结构重复周期分别为1.24和0.95纳米，煅烧后的层状纳米结构略有收缩，说明该有序层状纳米氧化锆多晶粉体具有很好的热稳定性。经TEM测试观察到产物氧化锆多晶粉体的有序层状纳米结构。图2可以看出明暗相间的规整的周期条纹，其中深色的为片状氧化锆，浅色条纹为形成的层状纳米孔道，相邻的深层与浅层部分构成一个重复周期，对应的周期约为1.24纳米，与XRD小角衍射峰所对应的d值具有很好的一致性。实施例2将实施例1中的步骤(3)中的回流反应时间定为1小时。其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。实施例3将实施例1中的步骤⑷中的温度调节到140°C，其他步骤同实施例1。得到的产物同实施例1。实施例4将实施例1中的步骤(4)中的混合溶剂热反应时间定为24个小时，其他步骤同实施例1。得到的产物同实施例1。实施例5(1)将0.0025mol氧氯化锆溶于盛有25ml水的烧杯中，然后向烧杯中加入12.5ml的二氧六环，溶液混合均匀，待用；(2)将0.72g氢氧化钠溶于盛有25ml水的烧杯中，然后向烧杯中加入12.5ml的二氧六环，溶液混合均匀，待用；(3)在搅拌条件下，将步骤(2)和步骤(3)中配制的混合液加入到步骤(1)中的烧瓶中，回流反应4个小时；(4)然后将步骤(3)中得到的混合物移到反应釜的内套聚四氟乙烯容器中，密封，将反应釜放入烘箱中，升温到160°C，自生压力下混合溶剂热反应12小时；(5)室温下静置0天，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧六环为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，该方法步骤为：(1)取25份浓度为0.0001～0.0002摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液，再加入12.5～25份的二氧六环，配制成氧氯化锆?水?二氧六环的混合溶液，待用；(2)取25份浓度为0.0288克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液，再加入12.5～25份的二氧六环，配制成氢氧化钠?水?二氧六环的混合溶液，待用；(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的反应器中，升温，回流反应1～4个小时；(4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，升温到100～160℃，自生压力下混合溶剂热反应12～36小时；(5)室温下原液静置0～3天，然后水洗，在经抽滤或离心分离，烘干，得到白色粉体为有序层状纳米氧化锆多晶粉体；(6)将(5)中所得的粉末升温至600℃后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的有序层状纳米氧化锆多晶粉体；上述组分的份数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。

【技术特征摘要】
1.一种二氧六环为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，该方法步骤为:(1)取25份浓度为0.0001~0.0002摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液，再加入.12.5~25份的二氧六环,配制成氧氯化锆-水-二氧六环的混合溶液，待用；(2)取25份浓度为0.0288克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液，再加入12.5~25份的二氧六环，配制成氢氧化钠-水-二氧六环的混合溶液,待用；(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的反应器中，升温，回流反应1~4个小时；(4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，升温到100~160°C，自生压力下混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪秀杰，黄洁茹，刘超，程博闻，苏芃赫，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：