專利名稱：微波合成氟化鈰納米盤的方法
技術領域：
本發明涉及無機納米材料的制備，尤其涉及稀土化合物氟化鈰納米材料的 制備方法。
背景技術：
由于稀土元素的4f電子特性，使其元素及其化合物具有許多特殊的物理、 化學、電子學和光學性能，因此稀土及其化合物在電子學、磁性材料、貯能材 料、催化和摩擦學等領域具有廣泛的應用。我國具有豐富的稀土資源，研究和 制備稀土化合物納米材料對稀土資源的深化利用和拓展其新的應用領域具有重 要的科學意義和應用價值。具有可控形貌和尺寸的稀土納米晶由于其在光學、 光電子學、生物標記以及催化等領域的潛在應用而得到了密切關注。另外，實 驗表明，納米材料的化學和物理性質強烈依賴于其形貌和尺寸。作為一種無機 閃爍晶體在科技上的重要性，氟化鈰(CeF3)得到了人們越來越多的關注。與其它 傳統的閃爍體相比，氟化鈰被認為是用于下一代高能物理學最有前途的閃爍體。 它具有較高的密度、快速的響應和高防輻射能力。同時，由于它具有低的振動 能從而能減少稀土離子激發態的淬滅，因此氟化鈰也是一種重要的熒光主體材 料。
目前，已報道有不同的方法制備氟化鈰納米晶。如X.Wang等報道了用水 熱技術合成稀土氟化物納米晶的方法(X. Wang， J. Zhuang, Q. Peng and Y. D. Li, Hydrothermal synthesis of rare-earth fluoride nanocrystals， Inorg. Chem.， 2006， 45: 6661-6665); H. Zhang等報道了微乳液法合成氟化鈰納米粒子(H. Zhang, H. F. Li， D. Q. Li and S. L. Meng, Synthesis and characterization of ultrafine CeF3 nanoparticles modified by catanionic surfactant via a reverse micelles route, J. Colloid. Interface.Sci.: 2006， 302, 509-515.); Eiden-Assmann等以多元醇法合成了氟化鈰納米粒子(S. Eiden-Assmann, G. Maret， CeF3 nanoparticles: synthesis and characterization, Mater. Res. Bull., 2004, 39, 21-24)。然而，上述方法要么需要較高的反應溫度和較長的 反應時間，因此需要消耗較多的能源；要么制備工藝復雜。因此，在溫和的反 應條件下，快速簡單地制備出具有可控形貌的氟化鈰納米晶仍然是一個挑戰。 到目前為止，用微波加熱的化學液相方法快速合成氟化鈰CeF3納米盤的方法還 未見公開報道。

發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝簡單、快速的采用微波加熱合成尺寸可控
的氟化鈰(CeF3)納米盤的方法。
本發明提供的微波合成氟化鈰納米盤的方法，其步驟如下
1)將絡合劑乙二胺四乙酸二鈉溶解于去離子水中，然后在攪拌下，按乙
二胺四乙酸二鈉與鈰離子的摩爾比為2.0:1 3.0:1加入硝酸鈰，制得鈰離子濃度 為0.01 0.04M的溶液；
2) 調節溶液的pH值至5.0 7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀，氟硼酸鉀與鈰離 子的摩爾比為3.0:1 5.0:1;
3) 將步驟2)制得的反應體系在回流條件下于微波爐加熱30 60分鐘，然 后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥，得到氟化鈰納米盤。
本發明制備過程中，可采用稀硝酸溶液或濃氨水來調節溶液的pH值。 本發明通過改變鈰離子的濃度或絡合劑與鈰離子的摩爾比或氟硼酸鉀與鈰 離子的摩爾比或pH值或加熱時間，可以調節氟化鈰(CeF3)納米盤的尺寸。 本發明方法的反應過程可以表示如下<formula>see original document page 4</formula>(1)
<formula>see original document page 4</formula>(2)<sequence>see original document page 4</sequence> (3)
<formula>see original document page 4</formula> (4)
本發明的有益效果在于具有制備工藝簡單、成本低廉、快速、節能和效 率高的特點。制備出的氟化鈰CeF3納米盤尺寸可控，尺寸均勻，平均直徑在150 600納米，厚度為50 200納米。該產品有望在光學、光電子學、生物標記、催 化等領域獲得廣泛的應用。


圖1是本發明制得的氟化鈰的X射線衍射圖2是氟化鈰的透射電鏡和掃描電鏡圖，其中圖a)為透射電鏡圖；圖b)為 掃描電鏡圖3是氟化鈰的透射電鏡和掃描電鏡圖，其中圖a)為透射電鏡圖；圖b)為 掃描電鏡圖。
具體實施方式
實施例1
將4 mmol的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2 mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0 :1的氟硼酸鉀。將此反應溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然冷卻至室 溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥，得到氟化鈰(CeF3) 產品。CeF3產品的X射線衍射圖見圖1， CeF3的X射線衍射圖中各衍射峰的位 置和強度與標準衍射卡片(JCPDS85-1343)—致。制得的CeF3產品的透射電鏡和 掃描電鏡圖見圖2，圖2顯示CeF3為納米盤的形貌，其平均直徑為230 nm,平 均厚度為76nm。
實施例2:
將4 mmol的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce^為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱60分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到 CeF3產品。CeF3產品的透射電鏡和掃描電鏡圖見圖3，圖3是顯示CeF3為納米 盤的形貌，其平均直徑為350nm，平均厚度為130nm。
實施例3:
將4 mmol的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0 :1的氟硼酸鉀。將此反應溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱45分鐘后，將反應體系自然冷卻至室 溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeFg產品。 透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為300nm，平均 厚度為110nm。
實施例4:
將4 mmol的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為3.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/C^+為4.0:1的氟硼酸鉀。將此反應溶液移入圓底燒瓶, 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然冷卻至室 溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeF3產品。 透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為520nm，平均 厚度為130 nm。
實施例5:
將4 mmol的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.7:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀。將此反應溶液移入圓底燒瓶， 置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然冷卻至室 溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥得到CeF3產品。透 射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為490nm，平均厚 度為120 nm。
實施例6:
將2mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入lmmol硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.01M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce"為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到Ce&產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為154nm， 平均厚度為56nm。
實施例7:
將8mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入4mmol硝酸鈰
(Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.04M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至6.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce^為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到Ce&產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為477nm， 平均厚度為148 nm。
實施例8:
將4mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈽 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至5.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗漆后并干燥得到CeF3產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為226nm， 平均厚度為69 nm。
實施例9:
將4mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至7.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為4.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeF3產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為245nm， 平均厚度為81 nm。
實施例10:
將4mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M,絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至7.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce3+為3.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeFs產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為210nm， 平均厚度為67 nm。
實施例11；
將4mmo1的絡合劑乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)溶于100 ml去離子水 中，加入幾滴濃氨水使之完全溶解。然后在磁力攪拌下加入2mmo1硝酸鈰 (Ce(N03)3)，形成均勻的溶液，此時溶液中鈰離子濃度為0.02 M，絡合劑與鈰離 子的摩爾比為2.0:1;用稀硝酸溶液將反應體系的pH值調節至7.0。然后在強烈 攪拌下加入摩爾比KBF4/Ce"為5.0:1的氟硼酸鉀(KBF4)。將此反應溶液移入圓 底燒瓶，置于一帶回流裝置的家用微波爐中，加熱30分鐘后，將反應體系自然 冷卻至室溫。所得的產品用離心分離和去離子水充分洗滌后并干燥得到CeF3產 品。透射電鏡和掃描電鏡觀察顯示CeF3為納米盤形貌，其平均直徑為255nm， 平均厚度為82 nm。
權利要求
1.微波合成氟化鈰納米盤的方法，其特征在于該方法按如下步驟進行1)將絡合劑乙二胺四乙酸二鈉溶解于去離子水中，然后在攪拌下，按乙二胺四乙酸二鈉與鈰離子的摩爾比為2.0∶1～3.0∶1加入硝酸鈰，制得鈰離子濃度為0.01～0.04 M的溶液；2)調節溶液的pH值至5.0～7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀，氟硼酸鉀與鈰離子的摩爾比為3.0∶1～5.0∶1；3)將步驟2)制得的反應體系在回流條件下于微波爐加熱30～60分鐘，然后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥，得到氟化鈰納米盤。
全文摘要
本發明公開的微波合成氟化鈰納米盤的制備方法，其步驟為首先將絡合劑乙二胺四乙酸二鈉溶于去離子水中，攪拌下加入硝酸鈰形成溶液；然后調節溶液的pH值至5.0～7.0，攪拌下加入氟硼酸鉀得到反應體系；再將反應體系在回流條件下于微波爐加熱30～60分鐘后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌，收集并干燥。本發明的合成方法具有工藝簡單、成本低廉、快速、節能和效率高的特點。制備出的氟化鈰納米盤尺寸可控，尺寸均勻，平均直徑在150～600納米，厚度為50～200納米。該產品有望在光學、光電子學、生物標記、催化等領域獲得廣泛的應用。
文檔編號C01F17/00GK101172638SQ20071015688
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月16日 優先權日2007年11月16日
發明者輝 李, 陳衛祥, 琳 馬 申請人:浙江大學