稀土纳米复合氧化物的制备及应用

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金属醇盐 水解 溶胶 缩聚 凝胶
加热干燥 干凝胶 煅烧 产品
用 此 法 已 成 功 的 制 取 了 Y2SiO5 : Eu[7] 、 Y2Si2O7 : Eu[8 ] 、RE2Sn2- xB′xO7 ( RE = Sm ,Ce ;B′= Fe ,Co ,Ni ; x = 0 ~ 1. 0) [9] 、Pb1- 3 x/ 2 Eu x ( Zr0. 52 , Ti0. 48) O3[10] 等稀土纳米 复 合 氧 化 物 , 其 优 点 为 : (1) 产品化学均匀性好 ; (2) 反应温度低 ; (3) 粉末 活性高 ; (4) 工艺 、设备简单 ; (5) 产品纯度高 ; (6) 胶粒细小 ; (7) 可容纳不溶性组分或不沉淀组分 ; (8) 掺杂物分布均匀. 其缺点为 :原材料价格昂贵 , 溶胶颗粒之间烧结性差. 与传统的高温固相反应 法相比 ,合成温度降低约 700 度 ,大大地降低了反 应的难度. 1. 3. 4 水热合成法 水热合成法是以气态水或 液态水作为反应体系 ,在特定的密闭反应器 (高压 釜) 中 ,在高温 、高压下进行有关的化学反应来制 备纳米微粒的一种方法. 在水热条件下 ,离子反应 和水解反应可以得到加速和促进 ,使一些在常温 常压下反应速度很慢的热力学反应 ,在水热条件
3 稀土纳米复合氧化物的应用
稀土纳米复合氧化物比单一的稀土氧化物有 更好的活性 ,在磁性 、电导性 、表面性 、催化活性及 气敏性能等更为优越 ,使得其在光学材料 、激光材 料 、磁光材料 、磁阻材料 、介电材料 、吸附材料 、催 化剂以及化学传感等方面有着广泛的应用. 其中 钙钛 矿 型 稀 土 纳 米 复 合 氧 化 物 ( 如 : LaFeO3 、 La1- xSr x FeO3 、Yfe1- yCo yO3 、Y1- xMg x FeO3) 是 非 常 重要的一种无机材料 ,与一般材料不同 ,具有光催 化活性 、燃烧催化性 、敏感特性 、热稳定性 、导电性 及良好的气敏性等 ,在光 、电 、磁 、催化等领域有广 泛的应用 ;稀土纳米复合氧化物有极强的氧化还 原性 ,如 : Zr0. 5Ce0. 5O2 可以作为高效的汽车尾气净 化催化剂 ,可提高尾气中的碳氢化合物 、氮氧化物 和一氧化碳的转化率 ,此项研究不仅有经济 、社会 效益 ,还可以进一步提高我国城市的空气质量 ;此 外 ,稀土纳米复合氧化物有很丰富的光学特性 ,如 光致 发 光 、电 致 发 光 、荧 光 特 性 、吸 光 特 性 等 , Y2O3 : Eu 是一种性能优良的红色荧光材料 ,其中 稀土离子的 4f 电子跃迁所对应的发射为锐线光 谱 ,受外场的影响小 ,并且具有优良的发光效率和 化学稳定性 ,可广泛应用于高质量的彩色电视机 荧光粉 、灯用荧光粉 、医用荧光粉 、光学玻璃 、激光 材料等.
高温固相反应法是将反应原料按一定比例充 分混合研磨后进行煅烧 ,通过高温下发生固相反 应直接制成或再次粉碎制得超微粉. 如 :制备 Ba2 TiO3 就是将 TiO2 和 BaCO3 等物质的量混合后在 800~1200 ℃下煅烧 ,发生固相反应 :BaCO3 + TiO2
= BaTiO3 + CO2 . 合成 BaTiO3 后再进行粉碎即得产品. 许多研
液相法 合 成 纳 米 颗 粒 因 具 有 颗 粒 表 面 活 性 好 ,工业化生产成本低以及可精确控制产物组成 等优点 ,因而具有较大的发展前景 ,是目前制备氧 化物纳米颗粒的常用方法. 1. 3. 1 共沉淀法 含多种阳离子其中至少有一 种是稀土金属离子的溶液中加入沉淀剂后 ,所有 离子完全沉淀的方法称为共沉淀法. 得到的沉淀 物经分离沉降 ,洗去杂质离子 ,然后经过干燥 ,再
下可实现快速反应. 研究者们利用此法已成功的 合 成 了 SrnAl2O3+ n :Eu ,Dy ( n ≤ 1) ,Na GdF4 : Eu3+[11] . 此法的优点是粒子纯度高 、分散性好 、晶 形好且大小可以控制 ,很大程度上降低乃至避免 了团聚现象 ,并且其适用范围广 ,合成温度低 ,条 件温和 ,体系稳定. 1. 4 其他合成方法 (燃烧合成法)
第 19 卷第 1 期 2005 年 1 月
甘肃联合大学学报 (自然科学版) Journal of Gansu Lianhe University(Natural Sciences)
文章编号 : 16722691X(2005) 0120047203
稀土纳米复合氧化物的制备及应用
朱崇恩 ,董文魁 ,丁玉洁 ,崔 科 ,王 娟 ,许 力
在 200 ℃左右真空干燥箱或 1000 ℃下灼烧产品便 得到稀土纳米复合氧化物.
采用改进的共沉淀法 ,可由简单起始原料合 成稀土纳米复合氧化物. 在共沉体系中加入了某 种表面活性剂 ,使沉淀颗粒表面形成保护层 ,从而 减少了颗粒表面非架桥羟基的存在 ,防止沉淀颗 粒的凝聚生长 ,可以成功制备出粒径分布范围较 窄 、粒径小的纳米颗粒. 1. 3. 2 均相沉淀法 一般的沉淀过程是不平衡 的 ,但如果控制溶液中的沉淀剂浓度 ,使之缓慢增 加 ,可使溶液中的沉淀处于平衡状态 ,且沉淀在整 个溶液中均匀地出现 ,这种方法称为均相沉淀法. 采用均相沉淀法 ,只要控制好生成沉淀剂的速度 , 就可以避免浓度不均匀现象 ,把过饱和度控制在 适当范围 ,从而控制离子的生长速率 ,获得粒度均 匀 、致密 、便于洗涤 、纯度高的稀土纳米复合氧化 物. 1. 3. 3 溶胶 - 凝胶法 溶胶 - 凝胶法是制备纳 米稀土复合氧化物最常用也是非常成功的方法. 将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解 凝形成溶胶 ,然后使溶质聚合凝胶化 、压片后一般 置于不同温度〔800 - 1 400 ℃) 下煅烧后 ,最后得 到纳米材料. 其基本过程为 :
第 1 期 朱崇恩等 :稀土纳米复合氧化物的制备及应用 4 9
参考文献 :
(2) :3172320. [7 ] Yin M , Zhang W ,Xia S ,et al. Luminescence of nanometric
[1 ] 任引哲 ,郭崇峰 ,彭程 ,等. 稀土复合氧化物的电导及 在 SOFC 中的应用[J ] . 化学研究 ,2001 ,12 (1) :59264.
[2 ] 王世敏 ,许祖勋 ,傅晶. 纳米材料制备技术 [M] . 北京 : 化学工业出版社 ,2001.
[3 ] 尤洪鹏 ,洪广言 ,曾小青. YAl3B4O12 : RE ( RE = Eu , Tb) 的真空 紫 外 光 谱 特 性 [J ] . 中 国 稀 土 学 报 ( 专 辑) ,
2002 ,34 (4) :223. [ 4 ] 洪广言 ,岳青峰. 掺 Ce3 + 、Tb3 + 的 M3 Y2 (BO3) 4 (M = Ca ,
1 稀土纳米复合氧化物的制备方法
1. 1 气相制备方法 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将
物质变成气体 ,使之在气体状态下发生物理变化 或化学变化 ,最后在冷却过程中凝聚长大形成纳 米材料的方法[2] . 气相法大致可分为 :气体中蒸发 法 、化学气相反应法 、化学气相凝聚法和溅射法 等. 其中常用于制备稀土纳米复合氧化物的为化 学气相反应法 , 如 : CO2 激光加热气相沉积合成 法 ,此法可以制备均匀 、高纯 、超细 、粒度窄分布的 各类微粒 ,因此该方法是制备稀土纳米复合氧化 物的一种理想方法. 1. 2 固相制备方法
相对于其他纳米制备方法 ,燃烧法是一种很 有意义的高效节能的合成方法 ,并且合成温度低 , 燃烧的气体可作为保护气防止 Ce3 + 和 Eu3 + 等掺 杂离子被氧化. 其过程是 :材料通过前驱物的燃烧 而得 ,在一个燃烧合成反应中 ,反应物达到放热反 应的点火温度时 ,以某种方法点燃 ,随后的反应由 放出的热量维持 ,燃烧产物即为所需材料. 利用此 法已成功合 成 了 La0. 67- xNd xSr0. 33MnO3[12] 等. 用 此法所得产物颗粒均匀 、分散性好 ,而且可以通过 控制前驱物的烧结温度来控制纳米颗粒的大小 , 反应条件易掌握 ,产率高.
0 引言
我国是世界上稀土资源最丰富的国家 ,稀土 资源占世界储量的 80 % ,在稀土研究方面有着得 天独厚的优势. 一般认为有两种或两种以上元素 的简单氧化物构成的单一氧化物称之为复合氧化 物 ,其中至少有一种是由稀土元素构成的简单氧 化物 ,如 :稀土倍半氧化物 ( Re2O3) ,等构成的复合 氧化物即为稀土复合氧化物[1] . 将稀土复合氧化 物纳米化 ,即为稀土纳米复合氧化物. 稀土纳米复 合氧化物不但具有纳米材料的尺寸效应 、表面效 应 、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等 ,更因其 具有独特的 4f 电子结构 、大的原子磁矩和很强的 自旋轨道耦合等特性 ,引起了广大科学家的关注.
Ba) 中 Ce3 + 的发光性质 [J ] . 无机材料学报 ,1999 ,14
scale Y2SiO5 : Eu[J ] . J Lumin ,1996 ,68 :335.
[8 ] Zhang W , Yan K, Yan K,et al. Luminescent properties and
concentration quenching of nanocrystalline Y2- xSi2O7 : Eux [J ] . Chin J Lumin ,1999 ,20 (2) :972101. [9 ] 巩雄 ,张桂兰 ,武鹏飞 ,等. 稀土复合氧化物纳米微晶 RE2Sn2- xB x′O7 的制备 、结构和红外光谱 ( RE = Sm , Ce ;B′= Fe ,Co ,Ni ; x = 0 ~ 1. 0) [J ]. 无 机材料学报 , 1997 ,12 (2) :1562160. [ 10 ] 于 艳 菊 , 王 福 平 , 姜 兆 华 , 等. Pb1- 3 x/ 2 Eux ( Zr0. 52 ,
究者已经利用此方法成功合成了 YAl3B4O12 : RE (RE = Eu ,Tb) [3 ] 、M3 Y1. 4 Ce0. 4 Tb0. 2 (BO3) 4 (M = Ca , Sr) [4 ] 、BaMgAl10 O17 : Eu[5 ] 、M3MgSi2O8 : Ce3 + (M = Sr ,Ba) [6]等多种稀土纳米复合氧化物 ,利用该方 法合成的稀土纳米复合氧化物的晶体表面缺陷 少 ,质量优良 ;缺点是易烧结 ,易团聚 ,粒径分布不 均匀. 传统的高温固相反合成温度高达 1650 ℃以 上 ,且在一定温度范围内粒径随温度的升高而增 加 ,所以每种复合物都要找到最佳的烧结温度. 此 法往往需要控制反应的环境 ,有些物质在不同的 环境当中有不同的产物 ,因此要获得某种特定的 产物 ,就要摸索最佳的环境. 1. 3 液相制备法
Sr) 磷光体的合成及其发光特性 [J ] .源自文库发光学报 ,1994 ,
15 (2) :942101. [5 ] 王惠琴 ,胡建国 ,马林 ,等. Eu2 + 激活的铝酸盐蓝色荧
光粉的杂相分析[J ] . 中国稀土学报 (专辑) ,1999 ,17 :
6682670. [6 ] 黄立辉 ,刘行仁 ,王晓君 ,等. M3MgSi2O8 : Ce3 + (M = Sr ,
(兰州交通大学 化学与生物工程学院 ,甘肃 兰州 730070)
Vol. 19 No. 1 Jan 2005
摘 要 : 稀土纳米复合氧化物因其具有纳米材料和稀土元素的双重特性 ,引起了科学家的广泛关注. 本文综 述了稀土纳米复合氧化物的制备方法 ,如 :高温固相反应法 、共沉淀法 、溶胶 - 凝胶法 、水热合成法和燃烧合 成法. 总结了每种制备方法的优缺点 ,并对其应用前景进行了展望. 关键词 : 稀土 ;纳米复合氧化物 ;制备 ;应用 中图分类号 : TQ133. 3 文献标识码 : A
收稿日期 :2004209221. 作者简介 :朱崇恩 (19792) ,男 ,黑龙江双鸭山人 ,兰州交通大学化学与生物工程学院在读硕士研究生 ,主要从事稀土 氧化物的制备及其应用研究.
48 甘肃联合大学学报 (自然科学版) 第 19 卷
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