一种微波合成氢氧化镨纳米棒的制备方法

摘要

本发明公开了一种微波合成氢氧化镨(Pr(OH) 3)纳米棒的制备方法。方法的步骤如下：1)将氧化镨粉末溶解在10～20％HNO3溶液中，形成溶液；或者将镨的盐溶解在水中形成溶液；2)然后在上述溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制pH值在11～13之间，生成胶状物；3)在搅拌条件下，将上述的胶状物与氢氧化钾溶液混合，使镨在最后混合物中的浓度在0.01～0.05mol/L，氢氧化钾的浓度在1～11mol/L；4)最后将上述混合物在回流条件下在微波炉中微波加热10～60分钟，冷却、分离、洗涤、干燥，得到氢氧化镨的纳米棒。纳米棒的平均直径在7～14纳米之间，平均长度在26～83纳米之间。本发明的采用微波辐射加热技术具有快速、均匀、节约能源和效率高的优点，可以加快反应速度，提高合成效率。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备，尤其涉及一种微波合成氢氧化镨(Pr(OH)₃)纳米棒的制备方法，属于无机化工技术领域。

背景技术

稀土元素化合物具有许多特殊的物理、化学、电子学、磁学和光学性能，使其在磁性材料、贮能材料、催化、显示器和摩擦学等领域具有广泛的应用。与体相材料相比，纳米级的稀土化合物将使其在性能方面得到进一步提高，具有更好的催化性能、贮氢性能、电学和光学性能以及纳米尺寸效应。我国具有丰富的稀土资源，研究和制备稀土化合物的纳米材料对稀土资源的深化利用具有重要的科学意义和应用价值。

自1991年发现碳纳米管以来，一维纳米材料如纳米管、纳米线、纳米棒和纳米纤维等由于其具有独特的光、电、磁等性质及其潜在的应用前景而引起全世界的广泛关注。作为一种重要的湿化学合成方法，水热合成技术被广泛地用于多种纳米材料的合成，包括合成纳米线和纳米棒等纳米材料.李亚栋等[1]报道了用水热技术合成稀土氢氧化物纳米棒和纳米线的方法，并且公开一种合成稀土氢氧化物纳米线的方法[2]。他们所提出的方法特点是在密闭的容器中进行水热反应，温度在100～250℃，时间在7～24小时。但是这种长时间对水热反应釜的加热需要消耗较多的电能，不仅浪费了能源，也降低了合成效率。

微波辐射加热技术具有快速、均匀、节能和效率高的优点。它可以使反应速度提高10～100倍。因此，微波加热技术在有机化学合成和纳米材料合成中得到了广泛的应用。微波加热技术已经成功地应用于金属纳米材料、金属氧化物纳米材料和金属硫化物纳米材料的合成。但是到目前为止，用微波辐射加热技术快速合成氢氧化镨纳米棒的文献和专利还未见公开报道。

主要参考文献：

[1]Xun Wang，Yadong Li.Fullerene-Like Rare-Earth Nanoparticles.Angew.Chem.Int.Ed.2003，42，3497-3500

[2]李亚栋，王训，合成稀土氢氧化物或氧化物纳米线及其粉体的方法，CN1182038C

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波合成氢氧化镨(Pr(OH)₃)纳米棒的制备方法。

方法的步骤如下：

1)将氧化镨粉末溶解在10～20％ HNO₃溶液中，形成溶液；或者将镨的盐溶解在水中形成溶液；

2)然后在上述溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制pH值在11～13之间，生成胶状物；

3)在搅拌条件下，将上述的胶状物与氢氧化钾溶液混合，使镨在最后混合物中的浓度在0.01～0.05mol/L，氢氧化钾的浓度在1～11mol/L；

4)最后将上述混合物在回流条件下在微波炉中微波加热10～60分钟，冷却、分离、洗涤、干燥，得到氢氧化镨的纳米棒。其平均直径在7～14纳米之间，平均长度在26～83纳米之间。

所述的镨的盐为硝酸镨或氯化镨。

与现有技术比较本发明的方法具有以下的优点：

现有技术合成稀土氢氧化物纳米棒或纳米线的方法主要采用溶剂热方法，这种方法需要对密闭的水热反应釜进行较长时间的加热和保温，一般需要7～24小时，消耗了较多的电能，这样不仅浪费了能源，而且降低了合成效率。

本发明的采用微波辐射加热技术具有快速、均匀、节约能源和效率高的的优点，可以大大加快反应速度，提高合成效率。

附图说明

附图是微波合成氢氧化镨纳米棒的透射电镜照片。

具体实施方式

本发明是将氧化镨粉末溶解在10～20％ HNO₃溶液中形成溶液；或者将镨的盐溶解在水中形成溶液，然后在上述溶液中滴加氢氧化钾溶液，调整pH值在11～13之间，生成胶状物的沉淀。在搅拌条件下，将所得到的胶状物和不同浓度的氢氧化钾溶液混合，使镨在最后混合物中的浓度在0.01～0.05mol/L，氢氧化钾的浓度在1～11mol/L。最后将该混合物在回流条件下在微波炉中微波加热10～60分钟，然后自然冷却，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥可以得到氢氧化镨纳米棒。本发明采用的稀土镨的盐为硝酸镨和氯化镨。

本发明合成氢氧化镨纳米棒的反应过程可以表示如下：

(胶状沉淀)       (pH值在11～13之间)

Pr(OH)₃(胶状沉淀)＝Pr(OH)₃(纳米棒)     (经过微波处理后)

实施例1：

将0.82g氧化镨溶解在30mL 20％的HNO₃溶液中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至13左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.05mol/L，氢氧化钾的浓度为11mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热60min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒具有均匀的直径，平均直径为14纳米，平均长度为83纳米。微波合成氢氧化镨纳米棒的透射电镜照片见图1。

实施例2：

将0.82g氧化镨溶解在30mL 20％的HNO₃溶液中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至12左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.05mol/L，氢氧化钾的浓度为11mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热10min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒平均直径为9纳米，平均长度为43纳米。

实施例3：

将0.50g氧化镨溶解在30mL 20％的HNO₃溶液中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至12左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.03mol/L，氢氧化钾的浓度为5mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热40min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒平均直径为11纳米，平均长度为32纳米。

实施例4

将0.164g氧化镨溶解在30mL 10％的HNO3溶液中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至11左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.01mol/L，氢氧化钾的浓度为1mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热20min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒平均直径为7纳米，平均长度为26纳米。

实施例5：

将0.003摩尔硝酸镨溶解在30mL水中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至12左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.03mol/L，氢氧化钾的浓度为9mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热50min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒平均直径为12纳米，平均长度为53纳米。

实施例6：

将0.002摩尔氯化镨溶解在30mL水中，形成澄清的溶液。向该溶液中滴加10％的KOH溶液将pH值调至13左右，生成胶状的沉淀物。在搅拌下将胶状物和浓的氢氧化钾溶液混合，最后混合物的体积为100mL，其中的稀土镨的浓度为0.02mol/L，氢氧化钾的浓度为2mol/L。将最后的混合物转移到250ml圆底烧瓶中，在回流条件下微波炉中加热60min，自然冷却后，用离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥得到氢氧化镨纳米棒。透射电镜观察表明氢氧化镨纳米棒平均直径为10纳米，平均长度为29纳米。