一種水熱制備釩酸釹納米棒的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機納米材料制備技術領域，具體涉及一種水熱制備f凡酸釹納米棒的方法。
【背景技術】
[0002]釩酸釹，S卩NdV04，是一種重要的稀土釩酸鹽，通常屬于四方鋯石型結構，氧的配位數為8，自身具有良好的光學性能和光催化性能。釩酸釹在常溫常壓下為固體灰白色粉末，是一種非常重要的納米材料，在光、電、磁和催化等領域都具有潛在的應用價值。
[0003]近年來，有關納米功能材料的研究發現，功能材料的微結構如粒徑尺寸、維度、晶體形貌、結晶性、顆粒分散性等對器件的光、電、磁和催化性能及材料的機械加工性能有很大影響。尤其是一維納米材料，如納米線、納米管、納米棒，往往具有優異的電學、光學和磁學性能，因而存在廣泛的潛在應用前景。采用簡便易工業化的合成方法制備顆粒細小、分散度高、尺寸均勻、形貌均一的納米粉體，是制備高性能材料的前提。為了滿足人們對高性能材料需求，制備功能材料超微粉體的新工藝不斷涌現。目前，制備NdV04的方法主要有超聲法、模板法、水熱法、微波法、溶膠-凝膠法、復合熔鹽法等多種，如通過超聲法使用CTAB和P123兩種不同的結構導向劑或微波法合成NdV04納米顆粒，用(NH4)q.5V205納米線做模板劑水熱法合成了NdV04納米棒，通過復合熔鹽法用NdCl3.6H2O和V205為原料合成NdV04納米線，通過溶膠-凝膠法用多孔陽極氧化鋁(ΑΑ0)做模板合成了高度有序的NdV04納米管陣列等。但是這些制備方法大多工藝較復雜，條件苛刻，能耗高，耗時長，環境不友好。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種制備方法簡單、條件溫和、成本低廉、環境友好、粒子純度高、晶形好且有較強調控粒子大小能力的水熱制備釩酸釹納米棒的方法。
[0005]本發明的水熱制備釩酸釹納米棒的方法，包括如下步驟:
[0006](1)首先，將Na2EDTA水溶液與0.5mol/L的硝酸釹水溶液混合得到釹的螯合物，其中硝酸釹和Na2EDTA的摩爾比范圍為1:0.5?1:1.15；
[0007](2)將偏釩酸銨和氫氧化鈉，溶于蒸餾水中，攪拌至完全溶解，制得0.5mol/L的釩酸鈉溶液，其中加入的偏釩酸銨與步驟(1)中加入的硝酸釹的摩爾比保持1: 1，加入的氫氧化鈉與步驟(1)中加入的硝酸釹的摩爾比保持2:1 ；
[0008](3)將步驟(2)所得混合液轉移到步驟(1)所得混合液中，調節pH值到9?10，攪拌使其混合均勻，在180°C條件下水熱反應10?50h，即得到釩酸釹納米棒；
[0009]其中，所述硝酸釹和釩酸鈉在混合后的溶液中的摩爾濃度均為0.5?lmol/L。
[0010]進一步的優選方案是，步驟(1)所述硝酸釹和Na2EDTA的摩爾比為1:0.8?1:1.15。[0011 ]進一步的優選方案是，步驟(3)所述水熱反應的pH值為9?9.5。
[0012]具體的，所述水熱反應是在帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中進行。
[0013]本發明采用水熱法，通過加入常見的表面活性劑Na2EDTA，得到產物純度高、顆粒細小且分布均勻、形貌單一、分散性好的釩酸釹，在簡便易行的操作條件下得到了釩酸釹納米棒。所得f凡酸釹納米棒尺寸均勾，長度達1微米左右，直徑約為38nm，其納米棒的直徑和長度可通過調節反應條件來很好的控制。本發明具有綠色經濟、環境友好、低溫、不需煅燒可在溶液中直接得到產物等優點，并且適用于工業化生產。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例1至實施例5所制備的釩酸釹納米棒的XRD圖。
[0015]圖2為本發明實施例3所制備的釩酸釹納米棒的掃描電鏡照片(采用日本電子株氏會社的JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡，加速電壓20kV)。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。
[0017]實施例1:
[0018]將溶有0.5mmol Na2EDTA的水溶液與2ml 0.5mol/L的硝酸釹溶液混合均勻；將lmmol偏f凡酸錢和2mmol氫氧化鈉溶于5mL的蒸饋水中，攪拌至完全溶解后，將其轉移到上述溶液中，用4mol/L的NaOH溶液調節pH值至10，攪拌均勻，轉移至帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在溫度為180°C條件下水熱反應24h，即可得釩酸釹納米棒。如圖1中曲線1所示，產物所有衍射峰都能與底部的NdV04的標準峰(JCPDS N0.15-0769)相對應。根據謝樂公式D =κ.A/0cos0，可以估算在200取向上的尺寸D為47nm。
[0019]實施例2:
[0020]將溶有0.575mmol Na2EDTA的水溶液與lml 0.5mol/L的硝酸釹溶液混合均勻；將
0.5mmol偏f凡酸錢和lmmol氫氧化鈉溶于5mL的蒸饋水中，攪拌至完全溶解后，將其轉移到上述溶液中，用4mol/L的NaOH溶液調節pH值至10，攪拌均勻，轉移至帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在溫度為180°C條件下水熱反應24h，即可得釩酸釹納米棒。如圖1中曲線2所示，產物所有衍射峰都能與底部的NdV04的標準峰(JCPDS N0.15-0769)相對應。根據謝樂公式D =κ.A/0cos0，可以估算在200取向上的尺寸D約為38nm。
[0021]實施例3:
[0022]將溶有1.15mmol Na2EDTA的水溶液與2ml 0.5mol/L的硝酸釹溶液混合均勻；將lmmol偏f凡酸錢和2mmol氫氧化鈉溶于5mL的蒸饋水中，攪拌至完全溶解后，將其轉移到上述溶液中，用4mol/L的NaOH溶液調節pH值至9，攪拌均勻，轉移至帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在溫度為180°C條件下水熱反應24h，即可得釩酸釹納米棒。如圖1中曲線3所示，產物所有衍射峰都能與底部的NdV04的標準峰(JCPDS N0.15-0769)相對應。根據謝樂公式D =κ.A/0cos0，可以估算在200取向上的尺寸D約為38nm。采用日本電子株氏會社的JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡(加速電壓為20kV)對樣品進行了形貌觀察，如圖2所示。從圖2中可以看出，所得樣品為形貌均一的納米棒，棒的直徑約為20-60nm，長約Ιμπι左右。
[0023]本發明實施例1至實施例5所得產物的電鏡照片基本與圖2—樣，不再在各個實施例一一提供。
[0024]實施例4:
[0025]將溶有1.15mmol Na2EDTA的水溶液與2ml 0.5mol/L的硝酸釹溶液混合均勻；將lmmol偏f凡酸錢和2mmol氫氧化鈉溶于5mL的蒸饋水中，攪拌至完全溶解后，將其轉移到上述溶液中，用4mol/L的NaOH溶液調節pH值至10，攪拌均勻，轉移至帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，在溫度為180°C條件下水熱反應48h，即可得釩酸釹納米棒。如圖1中曲線4所示，產物所有衍射峰都能與底部的NdV04的標準峰(JCPDS N0.15-0769)相對應。根據謝樂公式D =κ.A/0cos0，可以估算在200取向上的尺寸D約為32nm。
[0026]實施例5:
[0027]將溶有lmmol Na2EDTA的水溶液與2ml 0.5mol/L的硝酸釹溶液混合均勻；將lmmol偏釩酸銨和2mmol氫氧化鈉溶于5mL的蒸餾水中，攪拌至完全溶解后，將其轉移到上述溶液中，用4mol/L的NaOH溶液調節pH值至10，攪拌均勾，轉移至帶有聚四氟乙稀內襯的高壓爸中，在溫度為180°C條件下水熱反應28h，即可得釩酸釹納米棒。如圖1中曲線5所示，產物所有衍射峰都能與底部的NdV04的標準峰(JCPDS N0.15-0769)相對應。根據謝樂公式D = k.A/0cos0，可以估算在200取向上的尺寸D約為30nm。
[0028]由上述實施例可知，本發明采用水熱法通過加入極常見的表面活性劑Na2EDTA直接合成釩酸釹納米棒，而現有技術制備方法大部分都較復雜，耗能大，歷時長，環境不友好，且不易調控。與現有合成方法相比，本發明具有綠色經濟、環境友好、低溫、不需煅燒、可在溶液中直接得到產物等優點。而且，通過本發明可通過控制反應條件調控納米棒的長徑比，且可制得分散性好、長徑比大的產物。而高分散度、高比表面的釩酸釹可加強其光、電、磁及催化等性能，從而也會拓展其在光學材料、太陽能電池、磁性材料、傳感器、催化劑等更多領域的應用。
【主權項】
1.一種水熱制備釩酸釹納米棒的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)首先，將Na2EDTA水溶液與0.5mol/L的硝酸釹水溶液混合得到釹的螯合物，其中硝酸釹和Na2EDTA的摩爾比范圍為1:0.5?1:1.15; (2)將偏釩酸銨和氫氧化鈉，溶于蒸餾水中，攪拌至完全溶解，制得0.5mol/L的釩酸鈉溶液，其中加入的偏釩酸銨與步驟(1)中加入的硝酸釹的摩爾比保持1: 1，加入的氫氧化鈉與步驟(1)中加入的硝酸釹的摩爾比保持2:1 ； (3)將步驟(2)所得混合液轉移到步驟(1)所得混合液中，調節pH值到9?10，攪拌使其混合均勻，在180°C條件下水熱反應10?50h，即得到釩酸釹納米棒； 其中，所述硝酸釹和釩酸鈉在混合后的溶液中的摩爾濃度均為0.5?lmol/L。2.根據權利要求1所述水熱制備釩酸釹納米棒的方法，其特征在于:步驟(1)所述硝酸釹和Na2EDTA的摩爾比為1:0.8?1:1.15。3.根據權利要求1所述水熱制備釩酸釹納米棒的方法，其特征在于:步驟(3)所述水熱反應的pH值為9?9.5。4.根據權利要求1所述水熱制備釩酸釹納米棒的方法，其特征在于:所述水熱反應是在帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中進行。
【專利摘要】本發明公開了一種水熱制備釩酸釹納米棒的方法。本發明方法是將濃度為0.05mol/L硝酸釹水溶液與Na2EDTA水溶液混合均勻，其中硝酸釹和Na2EDTA的摩爾比范圍為1/0.5～1/1.15，然后加入濃度0.05mol/L釩酸鈉水溶液，其中硝酸釹和釩酸鈉的摩爾比保持1/1，調節pH到9～10，攪拌10min后，在180℃條件下，水熱反應10～50h。本發明方法工藝操作簡單、環境友好、低溫、不需煅燒可在溶液中直接得到產物，所得釩酸釹純度高、粒徑分布窄，分散性好，適于工業化生產。本發明提供了一種在Na2EDTA輔助下采用簡單溫和的水熱法合成高純、細小且適于工業化生產釩酸釹納米棒的方法。
【IPC分類】C01G31/00
【公開號】CN105481012
【申請號】CN201510955930
【發明人】田俐, 趙瑞妮, 王金晶, 王會鋒, 李斐
【申請人】湖南科技大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月17日