专利名称：溶胶凝胶-超声化学法制备铜酸镧(La<sub>2</sub>CuO<sub>4</sub>)粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种铜酸镧粉体的制备方法，具体涉及一种溶胶凝胶-超声化学法制备铜酸镧(La2CuO4)粉体的方法。
背景技术：
La2CuO4是由钙钛矿层(ABO3)和盐岩层(AO)沿c轴方向以1 :1的比例相互交叠而成的层状类钙钛矿型(A2BO4)复合氧化物，它是一种ρ型半导体材料。由于La2CuO4是两种不同结构的交替组合，除具有与ABO3钙钛矿结构相类似的一些性能外，还具有一系列的独特性能，如层状结构、超导性和高效催化性能等。同ABO3相比，A2BO4型氧化物中AO岩盐层的存在，使ABO3层中的BO6八面体发生畸变，从而在较大的弹性范围内使结构稳定。A2BO4 型复合氧化物本身是一种非整比化合物，结构中可能存在着氧空位，使其具有气敏性，成为优良的半导体传感器。在超导材料方面，人们期望获得转变温度T。高的新材料，以达到大规模应用的目的，这种研究使得超导体系由最初的金属元素组成的元素超导体扩展到化合物和合金超导体、有机物超导体、重费米子超导体(由镧系或锕系元素组成的化合物，其超导电性与有效质量较大的4f电子有关，电子是费米子，故称“重费米子超导体”)等种类繁多，数目庞大的超导家族。在如此众多的超导体中，超导转变温度的提高却不尽人意。这种状况直到1986 年Bednorz和Milller在Ba-La-Cu-O氧化物中发现35K的超导转变温度后才得以改变。由于高温超导理论还没有很好的建立，探索工作的进展是缓慢的。虽然新超导体和更高温度超导性时有报道，但真正的新突破还没有取得，但由于La2CuO4体系结构和化学成份简单， 可掺杂范围广，是研究超导机理理想的材料，因而受到广泛的重视。此外，La2CuO4在汽车尾气催化净化、氮氧化物催化消除、有机物催化氧化等领域也具有良好的应用前景。目前所报道的制备La2CuO4的方法主要有固态反应法[YANG Dongsheng， WU Baimei，ZHENG ffeihua, et al. THERMAL CONDUCTIVITY OF EXCESS-OXYGEN-DOPED La2CuO4 [J]. CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS, 2001, 23 (1) :44-47]，自蔓延燃烧法[WANG Xiaohui, ZHOU Yanchun. Preparation of La2CuO4 precursor powers by self-propagating combustion synthesis and their crystallization[J]. Chinese Juournal of Material Research. 2001,15(4) :387-393.]，水热法[ZHANG Yue, ZHANG Lei, DENG Jiguang, et al. Hydrothermal fabrication and catalytic performance of single-crystalline La2_xSrxCu04(x = 0,1)with specific morphologies for methane oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis,2009,30(4) :347-354.]等。但这些方法都存在着自身的不足之处，例如，固态反应法为了获得纯度高的目标产物，反应物粉应该足够细，且需要在高温下长时间焙烧以及多次中间研磨，该方法耗费时间，且在产物中有较多的杂质相；对于自蔓延燃烧法，燃烧反应十分剧烈，燃烧温度较高，反应过程快，不好控制，产品易于烧结，且产品中极有可能出现非平衡相或亚稳相；对于水热法，由于反应在密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观，且设备要求高(耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬)，技术难度大(温压控制严格)，安全性能差。为了达到实用化的目的，必须开发操作简单、生产成本低、周期短的铜酸镧粉体的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低制备成本，操作简单、反应周期短，重复性好，能耗低的溶胶凝胶-超声化学法制备铜酸镧(La2CuO4)粉体的方法，本发明的方法能够制备出粒径小，分布范围窄，形貌可控的La2CuO4粉体。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于20ml IOOml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为0. 5mol/L 5. Omol/L的溶液A ；2)按La3+ Cu2+ = 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA_2Na)与金属阳离子总和为(0. 8 1. 4) 1的摩尔比向溶液B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌15min 70min，得到溶液C，用质量百分数为3% 5%的氨水，调节pH为2. 2 6. 5，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为200W 500W、水浴温度为40°C 80°C 下反应Ih 釙，得溶胶E ；5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率自室温升温至500°C 1200°C，保温Ih 6h，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。本发明采用溶胶凝胶结合超声化学的方法，即利用超声波的空化作用处理干凝胶，在反应体系中产生的局部高温和高压，这种特殊能量不仅可以大大降低传统湿化学方法应用过程中的晶粒团聚程度，还可以有效降低反应的激活能，使得在温和的反应条件下即可制得La2CuO4粉体。本发明在超声辐照的情况下，用溶胶凝胶法制备出La2CuO4干凝胶， 然后在马弗炉中煅烧。所得La2CuO4粉体粒径小，分布范围窄，形貌可控，反应周期短，重复性好，因此具有广阔的发展前景。其一方面可以制备出粒径小，分布较窄的纳米La2CuO4粉体；另一方面其形貌可以通过调节PH值来控制，也可以通过超声辐照的时间以及功率来控制。
图1为实施例1所制备的La2CuO4粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。图2为实施例1所制备的La2CuO4粉体的扫描电镜(SEM)图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于50ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为lmol/L的溶液A;2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA_2Na)与金属阳离子总和为1 1的摩尔比向溶液 B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌40min，得到溶液C，用质量百分数为4%的氨水，调节pH为2. 2，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为300W、水浴温度为60°C下反应池，得溶胶E;5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率自室温升温至600°C，保温lh，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。由图1可以看出，产物为纯相的Lii2CuO4,由图2可以看出，颗粒形貌为球形，尺寸为 80nm lOOnm。实施例2 1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于20ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 0. 5mol/L 的溶液 A ；2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA_2Na)与金属阳离子总和为0.8 1的摩尔比向溶液B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌15min，得到溶液C，用质量百分数为3 %的氨水，调节pH为4. 0，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为200W、水浴温度为40°C下反应lh，得溶胶E; 5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率自室温升温至500°C，保温他，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。实施例3 1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于80ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 3mol/L的溶液A;2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA_2Na)与金属阳离子总和为1. 2 1的摩尔比向溶液B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌70min，得到溶液C，用质量百分数为5%的氨水，调节pH为5. 5，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为500W、水浴温度为80°C下反应证，得溶胶E;5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率自室温升温至900°C，保温池，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。
实施例4 1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于IOOml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 5mol/L的溶液A ；2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3Η20) 得溶液B;3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA_2Na)与金属阳离子总和为1. 4 1的摩尔比向溶液B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌455min，得到溶液C，用质量百分数为3%的氨水，调节pH为6. 5，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为400W、水浴温度为70°C下反应池，得溶胶E;5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中，以5°C /min的升温速率自室温升温至1200°C，保温池，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。
权利要求
1. 一种溶胶凝胶-超声化学法制备铜酸镧(La2CuO4)粉体的方法，其特征在于1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3· 6H20)溶于20ml IOOml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 0. 5mol/L 5. Omol/L 的溶液 A ；2)按La3+ Cu2+= 2 1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3CH2O)得溶液B ；3)按乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)与金属阳离子总和为(0.8 1. 4) 1的摩尔比向溶液B中加入分析纯的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，常温搅拌15min 70min，得到溶液C，用质量百分数为3% 5%的氨水，调节pH为2. 2 6. 5，得到溶液D ；4)将溶液D置于超声波反应器内在功率为200W 500W、水浴温度为40°C 80°C下反应lh 证，得溶胶E ；5)把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉中， 以5°C /min的升温速率自室温升温至500°C 1200°C，保温Ih Mi，然后随炉冷却至室温， 研钵研磨后即得La2CuO4粉体。
全文摘要
一种溶胶凝胶-超声化学法制备铜酸镧(La2CuO4)粉体的方法，将硝酸镧溶于蒸馏水，再向其中加入硝酸铜得溶液B；向溶液B中加入乙二胺四乙酸二钠并调节pH为2.2～6.5得溶液D；将溶液D置于超声波反应器内反应得溶胶E；把溶胶E置于烘箱中，烘干为干凝胶，将干凝胶置于氧化铝坩埚中，放入马弗炉烧结，然后随炉冷却至室温，研钵研磨后即得La2CuO4粉体。本发明采用溶胶凝胶结合超声化学的方法，即利用超声波的空化作用处理干凝胶，在反应体系中产生的局部高温和高压，这种特殊能量不仅可以大大降低传统湿化学方法应用过程中的晶粒团聚程度，还可以有效降低反应的激活能，使得在温和的反应条件下即可制得La2CuO4粉体。
文档编号C01G3/00GK102502763SQ20111037489
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者刘佳, 吴建鹏, 曹丽云, 李意峰, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学