专利名称：一种钨酸铅纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种钨酸铅纳米材料的制备方法。
背景技术：
近几年来，随着高能物理的发展，在探索新型闪烁体中发现PbWO4(PWO)晶体具有特殊的优点，特别其具有高密度(8.3g/cm3)，短的辐照长度(0.89cm)，快发光衰减时间(90％的发光衰减时间小于20ns)和价格低廉等特点而被欧洲核子研究中心选作大型强子对撞机中紧凑型IU介子螺旋探测器(compact muon solenoid，CMS)的核心部件电磁量能器用闪烁体材料。
钨酸铅晶体作为一种发光材料由于其发光特性和潜在的应用价值而引起了人们的广泛的关注。已有研究表明，在一定的激发波长下，钨酸铅晶体表现出蓝色、绿色、红色的光带吸收，但对其研究主要集中在晶体方面，对其制备及性能的研究却比较少见。
水热法作为制备纳米材料的一种主要方法，其原理是在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。相对于其它制备方法，水热法制备的纳米晶粒具有发育完整、颗粒度小、且分布均匀、颗粒团聚较轻、可使用较便宜的原料，易得到合适的化学计量物和晶形等优点。而且，晶粒物相、线度和形貌可通过控制水热反应条件来控制；尤其是水热法可制备结晶完好的纳米晶而毋需高温煅烧处理，避免了煅烧过程中造成的粉体硬团聚、缺陷形成和杂质引入，因此，所制得的粉体具有较高活性。
有关钨酸铅材料的水热合成报道比较少见，所制备出的钨酸盐材料大多以球形，长棒形为主，其直径从纳米到微米级不等。钨酸铅纳米材料的性能与其粒子的形貌结构密切相关，所以对钨酸铅纳米材料的形貌研究成为制备高性能发光材料的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提出一种钨酸铅纳米材料的制备方法。
本发明提出的一种钨酸铅纳米材料的制备方法，具体步骤如下将钨酸钠和铅盐分别置于容器中，以去离子水为溶剂，加入添加剂，常温下搅拌40-60分钟，移入反应釜中，向反应釜中加入去离子水至反应釜容积的60％-70％，密封，在120-160℃温度下反应3-12小时。将反应釜自然冷却至室温，将所得沉淀物取出，洗涤，离心分离并干燥，将最终产物分散于无水乙醇中，该最终产物即为所需产物；其中，钨酸钠和铅盐的摩尔比为(0.8-1.2)∶1。
本发明中，所述铅盐为Pb(NO3)2、PbAc2或PbCl2等中任一种。
本发明中，所述添加剂为CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)或SDS(十二烷基硫酸钠)等中任一种，添加剂加入量为钨酸钠摩尔量的1-2倍。
本发明中，洗涤采用去离子水和无水乙醇分别清洗3-8次。
本发明中，利用本发明方法所得产物可以通过扫描电子显微镜(SEM)，X射线粉末衍射(XRD)和荧光性能进行表征。
本发明中，XRD结果表明产物纯净(与JCPDS卡片一致)。扫描电子显微镜(SEM)表明粒径均一，分散性好。在荧光光谱分析结果表明产物具有光致发光性能。
本发明具有如下的优点1、本发明首次在水热条件下利用添加剂、温度、pH值、反应时间等条件的变化系统地研究了所制备的钨酸盐晶体的形貌及其荧光性能。本发明中制备的纳米材料形貌规则，粒径均一，结晶度高且具有良好的荧光性能。
2.本发明工艺简单，反应物均为基本的无机物，原料获得十分便利，价格低廉，产物的处理比较方便，可以通过放大进行工业化规模生产。
3、本发明在制备的过程中除铅盐具有一定毒性外，其它所选用的试剂均无毒性，表面活性剂在后处期理过程中大部分可以得到回收，达到节约环保的效果。
4、相比固相反应的方法，水热法条件温和，易通过控制釜内的温度压力以达到控制产物形貌、结构和性能的作用，有较好的重复性。
图1为本发明实施例中的扫描电子显微镜(SEM)图。其中，a为实施例1中产物形貌图(5000X)，b为实施例2中产物形貌图(2500X)，c为实施例3中产物形貌图(20000X)。
图2为本发明实施例中产物的X射线粉末衍射(XRD)获得的结构图。其中，a为实施例1中产物的XRD图，b为实施例2中产物的XRD图，c为实施例3中产物的XRD图。
图3为本发明实施例中产物的荧光发射光谱图。其中，a为实施例1中产物的荧光光谱图，b为实施例2中产物的荧光光谱图，c为实施例3中产物的荧光光谱图。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1(1)分别配制1mol/L的Pb(NO3)2水溶液100ml和1mol/L NaWO4水溶液100ml(采用的试剂都为分析醇)。各取1ml加入100ml烧杯中混合，然后加入0.001molCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，再加入一定量的去离子水并在常温下搅拌约1小时，然后移入50毫升聚四氟乙烯反应釜中，向反应釜中加入去离子水至反应釜容积的60％-65％，密封，于120℃下反应3小时。将反应釜自然冷却至室温。
(2)将产物取出，用去离子水和无水乙醇洗涤7-8次，离心分离并干燥，将最终产物分散在无水乙醇中即得所需产物。
分别用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)对产物的形貌和结构进行了表征，从图1(a)中可见TEM表明产物为直径400纳米、长度约3-4微米的PbWO4螺旋状准纳米棒，从图2(a)中可见XRD结果表明产物纯净(与JCPDS卡片一致)。从图3(a)中可见，荧光光谱分析结果表明，产物具有光致发光性能。
实施例2分别配制1mol/L的PbAc2水溶液100ml和1mol/LNaWO4水溶液100ml(采用的试剂都为分析醇)。各取1ml加入100ml烧杯中混合，然后加入0.002molSDS(十六烷基三甲基溴化铵)，再加入一定量的去离子水并在常温下搅拌约1小时，然后移入50毫升聚四氟乙烯反应釜中，反应釜中加入去离子水至反应釜容积的65％-70％，密封，于140℃下反应6小时。将反应釜自然冷却至室温。将产物取出，用去离子水和无水乙醇洗涤3-6次，离心分离并干燥，将最终产物分散在无水乙醇中即得所需产物。得到的产物为宝塔状PbWO4准纳米材料，产物的晶系与实施例1相同。产物纯度高，结晶度良好，光学性能与实施例1基本相似。从图1(b)中可见TEM表明产物为直径300纳米、长度约3.5微米的PbWO4螺旋状准纳米棒，从图2(b)中可见XRD结果表明产物纯净(与JCPDS卡片一致)。从图3(b)中可见，荧光光谱分析结果表明，产物具有光致发光性能。
实施例3分别配制1mol/L的PbCl2水溶液100m和1mol/L NaWO4水溶液100ml(采用的试剂都为分析醇)。分别取0.8mlPbCl2水溶液和1ml NaWO4水溶液加入100ml烧杯中，然后加入0.0015molCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，再加入一定量的去离子水并在常温下搅拌约1小时，然后移入50毫升聚四氟乙烯反应釜中，反应釜中加入去离子水至反应釜容积的60％-63％，密封，于160℃下反应12小时。将反应釜自然冷却至室温。将产物取出，用去离子水和无水乙醇洗涤，离心分离并干燥，将最终产物分散在无水乙醇中即得所需产物。，得到的产物直径约150nm的PbWO4纳米粒子，产物的晶系与实施例1相同。产物纯度高，结晶度及光学性能良好。光学性能与实施例1基本相似。从图1(c)中可见TEM表明产物为直径150纳米左右的纳米粒子，从图2(c)中可见XRD结果表明产物纯净(与JCPDS卡片一致)。从图3(c)中可见，荧光光谱分析结果表明，产物具有光致发光性能。
实施例4分别配制1mol/L的PbCl2水溶液100ml和1mol/LNaWO4水溶液100ml(采用的试剂都为分析醇)。分别取1.2mlPbCl2水溶液和1ml NaWO4水溶液加入100ml烧杯中，然后加入0.002molCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，再加入一定量的去离子水并在常温下搅拌约50分钟，然后移入50毫升聚四氟乙烯反应釜中，向反应釜中加入去离子水至反应釜容积的60％-70％，密封，于160℃下反应12小时。将反应釜自然冷却至室温。将产物取出，用去离子水和无水乙醇洗涤，离心分离并干燥，将最终产物分散在无水乙醇中即得所需产物。
产物结构与性能与实施例3基本相似。
权利要求
1.一种钨酸铅纳米材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下将钨酸钠和铅盐分别置于容器中，以去离子水为溶剂，加入添加剂，在常温下反应40-60分钟，移入反应釜中，向反应釜中加入去离子水至反应釜容积的60％-70％，密封，在120-160℃下反应3-12小时，将反应釜自然冷却至室温，将所得沉淀物取出，洗涤，离心分离并干燥，将最终产物分散于无水乙醇中，该最终产物即得所需产物；其中，钨酸钠和铅盐的摩尔比为(0.8-1.2)∶1。
2.根据权利要求1所述的钨酸铅纳米材料的制备方法，其特征在于所述添加剂为十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠中任一种，添加剂的加入量钨酸钠摩尔量的1-2倍。
3.根据权利要求1所述的钨酸铅纳米材料的制备方法，其特征在于所述铅盐为Pb(NO3)2、PbAc2或PbCl2中任一种。
4.根据权利要求1所述的钨酸铅纳米材料的制备方法，其特征在于洗涤采用去离子水和无水乙醇分别清洗3-8次。
5.根据权利要求1所述的钨酸铅纳米材料的制备方法，其特征在于利用本发明方法得到的产物通过扫描电子显微镜，X射线粉末衍射和荧光仪进行表征。
全文摘要
本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种制备钨酸盐纳米材料的合成方法。将钨酸钠和铅盐分别置于容器中，以去离子水为溶剂，加入添加剂，在常温下反应40－60分钟，移入反应釜中，向釜中加入去离子水至釜容积的60％－70％，密封，然后在120－160℃温度下反应3－12小时，将反应釜自然冷却至室温，将产物取出，洗涤，离心分离干燥，将最终产物分散于无水乙醇中，即得所需产物。本发明原料易得，成本低廉，工艺简单，仪器设备简便，制备产物纯度高，后处理方便，不产生杂质污染物，为纳米材料的控制合成提供了新的途径。
文档编号C01G21/00GK101049969SQ20071004048
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月10日 优先权日2007年5月10日
发明者庄凌, 吴庆生, 孙冬梅, 刘心波, 李升 申请人:同济大学