專利名稱：微波合成稀土化合物納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土化合物納米棒的制備方法，尤其涉及微波合成稀土化合物L(fēng)a1-xRexPO4(Re＝Ce，Eu或Tb；x＝0.05～0.5)納米棒的方法。
背景技術(shù)：
由于稀土元素的4f電子特性，稀土化合物具有獨(dú)特的物理化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能，它們在電子學(xué)、磁性材料、光電材料和催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。我國具有豐富的稀土資源，研究和制備稀土化合物的納米材料對稀土資源的深化利用和拓展其新的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。La1-x-RexPO4(Re＝Ce，Eu，Tb；0＜x＜1)是一種重要的雙稀土金屬化合物，它具有較高的發(fā)光量子效率和不同尋常的磁學(xué)特性，因此它在特種玻璃、激光技術(shù)、熒光燈具和等離子顯示器等方面具有重要的應(yīng)用。例如溶膠—凝膠法制備的La0.95Eu0.05PO4，La0.84Tb0.16PO4和La0.8Ce0.2PO4納米晶薄膜具有良好的熒光發(fā)光性能(M.Yu，J.Lin，J.Fu，et al.，Sol-gel synthesis and photoluminescent properties ofLaPO4:A(A＝Eu3+，Ce3+，Tb3+)nanocrystalline thin films，J.of Materials Chemistry，2003，141413-1419)。
另一方面，最近幾年一維納米材料的合成和應(yīng)用引起了人們的極大興趣。一維納米材料(如納米線，納米棒，納米帶和納米管)具有獨(dú)特的電性能、力學(xué)性能、磁性能和電子傳遞性能。毫無疑問，一維納米結(jié)構(gòu)的稀土化合物的納米材料與體相材料相比將具有新的物理和化學(xué)性質(zhì)。因此，一維納米結(jié)構(gòu)的稀土化合物納米材料的合成和應(yīng)用研究引起了人們的廣泛關(guān)注。例如與納米和微米的粒子相比，銪摻雜的磷酸鑭納米線顯示了更高的熒光量子效率(L.X.Yu，H.W.Song，S.Z.Lu，et al.，Luminescent Properties of LaPO4:Eu Nanoparticles andNanowires，J.Phys.Chem.B，2004，10816697-16702)；Pr6O11納米棒作為載體負(fù)載的金納米粒子比用Pr6O11納米粒子作為載體負(fù)載的金納米粒子具有更高對CO催化氧化的性能(P.X.Huang，F(xiàn).Wu，B.L.Zhu，et al.，Praseodymiun hydroxide abdoxide nanorods and Au/Pr6O11nanorod catalysts for CO oxidation，J.Phys.Chem.B，2006110，1614-1620)。目前，水熱技術(shù)是合成一維納米結(jié)構(gòu)稀土化合物的主要方法。如X.Wang等報(bào)道了用水熱技術(shù)合成稀土氫氧化物納米棒和納米管的方法(X.M.Sun，D.P.Yu，B.S.Zou，Y.D.Li，Rare earth compound nanotubes，Adv.Mater.，2003，151442-1445)；R.X.Yan等用水熱處理方法合成了摻雜和未摻雜的稀土離子磷酸鹽納米線和納米棒(X.M.Sun，X.Wang，Q.Peng and Y.D.Li，Chem.Eur.J.2005，112183-2195)；L.X.Yu等也用類似的水熱技術(shù)合成了摻雜Ce3+和Tb3+離子的磷酸鑭納米線和微米棒(H.W.Song，Z.X.Liu，L.M.Yang，S.Z.Lu，Z.H.Zheng J.Phys.Chem.B 2005，10911450-11455)。但是水熱方法需要較高的反應(yīng)溫度、較長的反應(yīng)時(shí)間，因此需要消耗較多的能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、快速的采用微波加熱合成稀土化合物納米棒的方法。
本發(fā)明合成的稀土化合物納米棒的表達(dá)式為La1-xRexPO4，其中Re＝Ce，Eu或Tb；x＝0.05～0.5，合成步驟如下1)將氧化鑭粉末和氧化鈰、氧化銪或氧化鋱粉末溶解在硝酸溶液中形成混合溶液，混合溶液中稀土離子鑭和稀土離子鈰、銪或鋱的摩爾比為95∶5～50∶50；2)將上述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至2.5～4.5，攪拌下加入過量的NH4H2PO4溶液，生成膠狀沉淀物；3)將膠狀物在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下于微波爐中加熱，時(shí)間20～60min，然后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥。
本發(fā)明方法的反應(yīng)過程可以表示如下
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明與現(xiàn)有的水熱處理合成方法比較，具有工藝簡單、成本低廉、快速、節(jié)能和效率高的優(yōu)點(diǎn)。制得的La1-xRexPO4(Re＝Ce，Eu，Tb；x＝0.05～0.5)納米棒的平均直徑在12～17納米，長度在50～1100納米。具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和光量子產(chǎn)率高的特點(diǎn)，在光學(xué)玻璃、激光材料、熒光材料和等離子顯示器方面具有廣泛的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制備La0.8Ce0.2PO4納米棒將0.456g的La2O3粉末和0.115g的Ce2O3粉末溶解在50mL 10％的HNO3溶液中形成混合溶液，混合溶液中La3+離子和Ce3+離子的摩爾比La3+∶Ce3+＝80∶20。然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為2.6。在電磁攪拌下加入75mL0.05mol/L的NH4H2PO4水溶液，生成膠狀沉淀物。最后將得到的膠狀物轉(zhuǎn)移到250ml圓底燒瓶中并置于微波爐中，先通氮?dú)?0min，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下微波加熱20min，微波加熱功率為最大功率的80％(最大功率為600W)，加熱結(jié)束后繼續(xù)通氮?dú)庵晾鋮s到室溫后，沉淀產(chǎn)物用離心分離和去離子水充分洗滌，在80℃真空下干燥后得到La0.8Ce0.2PO4納米棒。透射電鏡觀察顯示納米棒平均直徑為16納米，長度在50～600納米。
實(shí)施例2制備La0.5Ce0.5PO4納米棒將0.815g的La2O3粉末和0.820g的Ce2O3粉末溶解在35mL 20％的HNO3溶液中形成混合溶液，混合溶液中La3+離子和Ce3+離子的摩爾比為La3+∶Ce3+＝50∶50。然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4.5，在電磁攪拌下加入70ml的0.15M的NH4H2PO4，生成膠狀沉淀物，將得到的膠狀物轉(zhuǎn)移到250ml圓底燒瓶中并置于微波爐中，先通氮?dú)?0min，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下微波加熱20min，微波加熱功率為最大功率的70％(最大功率為600W)，加熱結(jié)束后繼續(xù)通氮?dú)庵晾鋮s到室溫后，沉淀產(chǎn)物用離心分離和去離子水充分洗滌，在80℃真空下干燥后得到La0.5Ce0.5PO4納米棒。透射電鏡觀察顯示納米棒平均直徑為13納米，長度在60～1100納米。
實(shí)施例3制備La0.95Eu0.05PO4納米棒將0.542g的La2O3粉末和0.031g的Eu2O3粉末溶解在50mL 10％的HNO3溶液中形成混合溶液，混合溶液中La3+和Eu3+的摩爾比為La3+∶Eu3+＝95∶5。然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為2.9，在電磁攪拌下加入75ml的0.05M的NH4H2PO4水溶液，生成膠狀沉淀物，最后將得到的膠狀物轉(zhuǎn)移到250ml圓底燒瓶中并置于微波爐中，先通氮?dú)?0min，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下微波加熱40min，微波加熱功率為最大功率的60％(最大功率為600W)，加熱結(jié)束后繼續(xù)通氮?dú)庵晾鋮s到室溫后，沉淀產(chǎn)物用離心分離和去離子水充分洗滌，在80℃真空下干燥后得到La0.95Eu0.05PO4納米棒。透射電鏡觀察顯示納米棒平均直徑為17納米，長度在50～650納米。
實(shí)施例4制備La0.8Eu0.2PO4納米棒將0.326g的La2O3粉末和0.088g的Eu2O3粉末溶解在50mL 10％的HNO3溶液中形成混合溶液，混合溶液中La3+和Eu3+的摩爾比為La3+∶Eu3+＝80∶20。然后用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為3.3，在電磁攪拌下加入70ml的0.05M的NH4H2PO4水溶液，生成膠狀沉淀。最后將得到的膠狀物轉(zhuǎn)移到250ml圓底燒瓶中并置于微波爐中，先通氮?dú)?0min，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下微波加熱20min，微波加熱功率為最大功率的60％(最大功率為600W)，加熱結(jié)束后繼續(xù)通氮?dú)庵晾鋮s到室溫后，沉淀產(chǎn)物用離心分離和去離子水充分洗滌，在80℃真空下干燥后得到摻雜Eu的制備La0.8Eu0.2PO4納米棒。透射電鏡觀察顯示納米棒平均直徑為15納米，長度在55～800納米。
實(shí)施例5制備La0.8Tb0.2PO4納米棒將0.639g的La2O3粉末和0.183g的Tb4O7粉末溶解在25mL濃HNO3溶液中形成混合溶液，混合溶液中La3+和Eu3+的摩爾比為La3+∶Tb3+＝80∶20。然后用2M的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為2.7，在電磁攪拌下加入75ml的0.07M的NH4H2PO4水溶液，生成膠狀沉淀。最后將得到的膠狀物轉(zhuǎn)移到250ml圓底燒瓶中并置于微波爐中，先通氮?dú)?0min，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下微波加熱40min，微波加熱功率為最大功率的60％(最大功率為600W)，加熱結(jié)束后繼續(xù)通氮?dú)庵晾鋮s到室溫后，沉淀產(chǎn)物用離心分離和去離子水充分洗滌，在80℃真空下干燥后得到La0.8Tb0.2PO4納米棒。透射電鏡觀察顯示納米棒平均直徑為13納米，長度在55～870納米。
權(quán)利要求
1.微波合成稀土化合物納米棒的方法，其特征在于稀土化合物納米棒的表達(dá)式為La1-xRexPO4，其中Re＝Ce，Eu或Tb；x＝0.05～0.5，合成步驟如下1)將氧化鑭粉末和氧化鈰、氧化銪或氧化鋱粉末溶解在硝酸溶液中形成混合溶液，混合溶液中稀土離子鑭和稀土離子鈰、銪或鋱的摩爾比為95∶5～50∶50；2)將上述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至2.5～4.5，攪拌下加入過量的NH4H2PO4溶液，生成膠狀沉淀物；3)將膠狀物在氮?dú)獗Ｗo(hù)和回流條件下于微波爐中加熱，時(shí)間20～60min，然后自然冷卻，用離心分離和去離子水充分洗滌后收集并干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波合成稀土化合物L(fēng)a
文檔編號C30B29/62GK1844486SQ200610050170
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥, 馬琳, 趙杰, 黃思玉, 李翔 申請人:浙江大學(xué)