本發(fā)明屬于納米材料，具體地涉及一種單分散納米金屬氧化物顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的快速發(fā)展，納米材料的發(fā)展和應用引起了科學家的持續(xù)關(guān)注。納米材料具有量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等基本特性，使其在光學、電學和化學等方面呈現(xiàn)出不同于體相材料的特性。納米金屬氧化物材料是納米材料學的重要組成部分，其應用前景十分廣闊，已在電學、磁學、光學、環(huán)境、金屬防腐和催化等方面表現(xiàn)出非常獨特的性質(zhì)，成為近幾年來納米材料領(lǐng)域的研究重點。尤其在催化領(lǐng)域有良好的應用前景，可用于加氫、氧化、光催化、合成氨催化反應等，其催化活性和穩(wěn)定性不僅與納米金屬氧化物顆粒的大小和分散性有關(guān)，還受形狀及成份的影響。但納米顆粒由于自身高的表面能，極易自發(fā)團聚，導致納米顆粒的比表面積降低、納米效應減弱，其性能也因此降低。因此，單分散納米金屬氧化物顆粒的研究與制備技術(shù)研究具有重要意義。

2、制備納米金屬氧化物顆粒的常用方法有固相法、溶膠-凝膠法、沉淀法等，但這些方法要么只適合制備單一金屬氧化物，或成本高昂、工藝復雜，很難在工業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn)，或存在制備周期長、產(chǎn)物團聚、難以同時控制產(chǎn)物組成和粒徑及環(huán)境污染等缺點。固相法是一種傳統(tǒng)的粉化工藝，li等（solid?state?sciences,?200,?2(8),?767-772）采用固相法合成了分散性較好的sio2、ceo2、sno2等納米顆粒，但此法存在能耗大、易混入雜質(zhì)、納米顆粒粒徑分布不均勻和外貌不規(guī)則等缺點。均相沉淀法也是一種制備單分散納米金屬氧化物顆粒的通用技術(shù)，cn?102757053a采用化學沉淀法，并加入表面活性劑起穩(wěn)定分散的作用，制備出了單分散、粒徑均勻可控的sio2納米球。但該法存在反應周期長，后處理時間長，且難以控制顆粒的粒徑、形貌和結(jié)構(gòu)等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種單分散納米金屬氧化物的制備方法，該方法可以制備多種納米金屬氧化物顆粒，制得的納米顆粒材料分散好、形貌規(guī)則，且制備方法簡單、原料成本低，具有良好的工業(yè)應用前景。

2、本發(fā)明的單分散納米金屬氧化物的制備方法，包括如下內(nèi)容：

3、（1）將聚合物前驅(qū)體和金屬鹽按照一定比例混合均勻，然后進行高溫聚合反應；（2）將步驟（1）得到的反應物進行焙燒處理，得到單分散納米金屬氧化物。所述納米金屬氧化物顆粒的粒徑為1~600nm，優(yōu)選20~100nm。

4、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的聚合物前驅(qū)體選自三聚氰胺、雙氰胺、單氰胺、尿素、硫脲、咪唑、二甲基咪唑、甲基咪唑和檸檬酸中的一種或多種。

5、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的金屬鹽為納米金屬氧化物顆粒的前驅(qū)體；所述金屬鹽選自對應金屬的硝酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、次氯酸鹽或鹵化鹽中的一種或一種以上不同金屬元素的鹽；所述金屬鹽中的金屬可為fe、co、ni、cu、ce、la、ta、mn、mg、w、mo、al、ti、zr、zn、ga、cr、v、in、sn、ag、pt、pd、ir、rh、ru、y或sr中的一種或多種。

6、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的聚合物前驅(qū)體/金屬鹽的質(zhì)量比可為1~30:1。

7、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的混合方式可為：手動研磨或機械球磨，所述的混合時間可為0.5~3小時。

8、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的高溫聚合反應溫度為300~650℃，所述的升溫速率可為1~15℃/min，所述反應時間為1~5小時，所述反應氣氛可為空氣或惰性氣氛，所述惰性氣氛可選自ar、n2；反應一般在馬弗爐或管式爐中進行。

9、本發(fā)明方法中，步驟（2）所述的焙燒溫度為400~700℃，所述的升溫速率可為1~15℃/min，所述的焙燒時間為0.5~6小時，焙燒氣氛一般在含氧氣氛中進行，優(yōu)選空氣，焙燒過程一般在馬弗爐或管式爐中進行。

10、本發(fā)明通過預先將聚合物前驅(qū)體和金屬鹽充分混合均勻，再將混合物置于馬弗爐或管式爐中焙燒，使聚合物前驅(qū)體聚合并分散金屬物種，得到固體粉末，隨后再將聚合得到的固體粉末經(jīng)過二次高溫焙燒，除去有機物，即可得到高度分散的納米金屬氧化物顆粒。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為：所述的聚合物前驅(qū)體有一定的配位能力，可以和金屬離子配位使其在前驅(qū)體混合物中均勻分散，且在焙燒聚合過程中由于配位作用的保護仍可以保證金屬物種的高度分散；再經(jīng)過二次焙燒，逐步除去穩(wěn)定金屬物種的有機物，即可制備得到高分散的納米金屬氧化物顆粒。納米金屬氧化物顆粒的粒徑為1~600nm，粒徑均一、外貌規(guī)則且高度分散，在新型能源材料、生態(tài)環(huán)境材料、功能涂層材料以及催化材料等方面擁有巨大應用前景。且本發(fā)明的納米金屬氧化物顆粒制備技術(shù)工藝簡單、原料成本低，具有良好的工業(yè)應用前景。

技術(shù)特征：

1.一種單分散納米金屬氧化物的制備方法，包括如下內(nèi)容：（1）將聚合物前驅(qū)體和金屬鹽按照一定比例混合均勻，然后進行高溫聚合反應；（2）將步驟（1）得到的反應物進行焙燒處理，得到單分散納米金屬氧化物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述納米金屬氧化物顆粒的粒徑為1~600nm，優(yōu)選20~100nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的聚合物前驅(qū)體選自三聚氰胺、雙氰胺、單氰胺、尿素、硫脲、咪唑、二甲基咪唑、甲基咪唑和檸檬酸中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述金屬鹽中的金屬為fe、co、ni、cu、ce、la、ta、mn、mg、w、mo、al、ti、zr、zn、ga、cr、v、in、sn、ag、pt、pd、ir、rh、ru、y或sr中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的金屬鹽選自對應金屬的硝酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、次氯酸鹽或鹵化鹽中的一種或多種金屬元素的鹽。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的聚合物前驅(qū)體與金屬鹽的質(zhì)量比為1~30:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的混合方式為：手動研磨或機械球磨，所述的混合時間為0.5~3小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的高溫聚合反應溫度為300~650℃，所述的升溫速率可為1~15℃/min，所述反應時間為1~5小時，所述反應氣氛可為空氣或惰性氣氛。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（2）所述的焙燒溫度為400~700℃，所述的升溫速率可為1~15℃/min，所述的焙燒時間為0.5~6小時，焙燒氣氛為含氧氣氛中進行。。

10.根據(jù)權(quán)利要求1~9任一方法制備的單分散納米金屬氧化物在能源材料、生態(tài)環(huán)境材料、功能涂層材料以及催化材料中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單分散納米金屬氧化物的制備方法，包括如下內(nèi)容：（1）將聚合物前驅(qū)體和金屬鹽按照一定比例混合均勻，然后進行高溫聚合反應；（2）將步驟（1）得到的反應物進行焙燒處理，得到單分散納米金屬氧化物。所述納米金屬氧化物顆粒的粒徑為1~600nm，優(yōu)選20~100nm。該方法可以制備多種納米金屬氧化物顆粒，制得的納米顆粒材料分散好、形貌規(guī)則，且制備方法簡單、原料成本低，具有良好的工業(yè)應用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：安素峰,王學海,汪鵬,王寬嶺
受保護的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10