水热合成磷酸钆纳米棒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种稀土磷酸盐纳米材料的制备方法，属于功能材料合成技术领域。
【背景技术】
[0002] 在元素周期表中，钆（Gd)位于IIIB族，原子序数为64,属于轻稀土元素，钆在 地壳中的含量为0. 000636%。除此之外，原子序数57到71的元素，它们和钆一起被称为镧 系元素。镧系元素与同族的钇（Y)和钪（Sc)统称为稀土元素。稀土元素具有特殊的电子 层结构（4严 145CTes2),它们的外层电子基本相同，内层4f电子能级又很相近，且4f是一个 未充满的壳层，电子轨道全空、半充满和全充满电子的离子具有光学惰性，为稳定态，因其 外层电子结构的特点，使其具有特殊的物理化学性质。
[0003] 稀土磷酸盐材料因具有良好的热稳定性、水中溶解度极小以及高的折射系数等优 点，广泛应用于发光材料、陶瓷材料、催化剂、合金材料和润滑材料等领域。磷酸钆（GdPO4), 常被用作掺杂其它稀土离子的良好基质。以纳米磷酸钆为基质的发光材料具有稳定性好、 热容大、在真空紫外光的激发下具有高效率的特点，同时由于材料颗粒尺寸小于激发或发 射光波波长，因此光场在微粒范围内可近似为均匀，能显著提高阴极射线管和等离子显示 器清晰度。同时，磷酸钆熔点高，与一些氧化物复合，如Al 2O3，可制备耐高温、抗氧化、电绝 缘性好的可加工复合陶瓷。另外，磷酸钆还被广泛用于合金材料、催化材料。因此研究可控 的独居石结构的磷酸钆具有重要的意义。
[0004] 目前合成稀土磷酸盐主要有溶胶凝胶法、水热法、沉淀法、固相法、燃烧法和微波 法等方法，其中以水热合成法比较普遍。已有大量研究表明PH是控制稀土磷酸盐纳米材料 晶形晶貌最重要的因素之一，然而目前采用水溶液合成稀土磷酸盐的方法，均只是在初始 水溶液中调节了 PH，没有缓冲pH，缺少了渐变物理化学条件对其晶形晶貌的控制，存在结 晶程度不是很高、尺寸不是很均匀、可控性不强的问题。在自然界中，热液成因的稀土磷酸 盐矿物形成的地质流体通常具有一定的CO 2分压，在热水溶液中CO2可以缓冲溶液的pH。本 发明通过充分利用CO2分压缓冲溶液pH的特征，水热合成纯度高、尺寸均匀、结晶程度好、 可控性强的磷酸钆纳米棒。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种充分利用C02分压缓冲溶液pH的特征，水 热合成纯度高、尺寸均匀、结晶程度好、可控性强的磷酸钆纳米棒的方法。
[0006] 本发明的技术方案是：一种富0)2水热合成磷酸钆纳米棒的方法，室温下，分别配 制Gd3+盐和PO 43+盐溶液；将上述两种溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边 搅拌，并持续搅拌30 min至I h;向反应釜中通CO2气体或者加入干冰，控制釜内压力为 1-10 Mpa，密封高压反应釜；加热高压反应釜，设定反应温度为100-200 °C，持续时间12 h-2 d，然后自然冷却高压反应釜至室温；对反应后的产物过滤，并先后用去离子水和无水 乙醇各洗涤、离心两次；将洗涤、离心后的产物在50 °C~100 °C干燥6 h以上；即可得到最 终纯净产物。
[0007] 所述的Gd3+盐和PO 43+盐分别为常用的可溶性Gd 3+盐和可溶性PO 43+盐。
[0008] 本发明的有益效果： (1)本发明充分利用〇)2分压缓冲溶液的pH，水热合成的磷酸钆纳米棒纯度高、尺寸均 匀、结晶程度好、可控性强。
[0009] (2)本发明制备过程中没有添加表面活性剂、分散剂、包覆剂等不可循环使用的有 机物，环境友好。
【附图说明】
[0010] 图1为实施例3合成的磷酸钆的XRD图； 图2为实施例3合成的磷酸钆的SEM图。
【具体实施方式】
[0011] 实施例1 称取一定质量的硝酸钆[Gd (NO3) 3· 6H20]和磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4],分别用去离子水 配成浓度为〇. 36mol/L的硝酸钆的水溶液和磷酸氢二铵的水溶液。将硝酸钆溶液和磷酸氢 二铵溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边搅拌，控制反应釜的初始填充度 为70%，并且持续搅拌30 min至I h。向高压反应釜充入I MPa二氧化碳气体，封闭高压反 应釜。加热高压反应釜，控制反应温度为180 °C，持续时间2天，然后高压反应釜自然冷却 至室温。反应釜泄压后对产物过滤、离心，并先后分别用去离子水和无水乙醇交替各洗涤两 次，最后让产物在70 °C环境下干燥12 h。
[0012] 实施例2 称取一定质量的硝酸钆[Gd (NO3) 3· 6H20]和磷酸氢二铵[(MM)2HPO4],分别用去离子水 配成浓度为〇. 36mol/L的硝酸钆的水溶液和磷酸氢二铵的水溶液。将硝酸钆溶液和磷酸氢 二铵溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边搅拌，控制反应釜的初始填充度 为70%，并且持续搅拌30 min至I h。向高压反应釜充入5 MPa二氧化碳气体，封闭高压反 应釜。加热高压反应釜，控制反应温度为180 °C，持续时间2天，然后高压反应釜自然冷却 至室温。反应釜泄压后对产物过滤、离心，并先后分别用去离子水和无水乙醇交替各洗涤两 次，最后让产物在70 °C环境下干燥12 h。
[0013] 实施例3 称取一定质量的硝酸钆[Gd(NO3)3* 6H20]和磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4],分别用去离子水 配成浓度为〇. 36mol/L的硝酸钆的水溶液和磷酸氢二铵的水溶液。将硝酸钆溶液和磷酸氢 二铵（溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边搅拌，控制反应釜的初始填充度 为70%，并且持续搅拌30 min至I h。向高压反应釜加入干冰（固体二氧化碳），控制反应 釜内压力为10 Mpa，封闭高压反应釜。加热高压反应釜，控制反应温度为180 °C，持续时间 2天，然后高压反应釜自然冷却至室温。反应釜泄压后对产物过滤、离心，并先后分别用去离 子水和无水乙醇交替各洗涤两次，最后让产物在70 °C环境下干燥12 h。XRD表征图显示合 成的产物为纯的磷酸钆。SEM表征图显示合成的磷酸钆纳米棒尺寸均匀、结晶程度好。
【主权项】
1. 一种富CO2水热合成磷酸钆纳米棒的方法，其特征在于：室温下，分别配制Gd3+盐和 PO43+盐溶液；将上述两种溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边搅拌,并持续 搅拌30min至Ih;向反应釜中通CO2气体或者加入干冰，控制釜内压力为1-10Mpa，密封 高压反应釜；加热高压反应釜，设定反应温度为100-200 °C，持续时间12h-2d，然后自然 冷却高压反应釜至室温；对反应后的产物过滤，并先后用去离子水和无水乙醇各洗涤、离心 两次；将洗涤、离心后的产物在50 °C~100 °C干燥6h以上，即可得到最终纯净产物。
2. 根据权利要求1所述的一种富CO2水热合成磷酸钆纳米棒的方法，其特征在于：所述 的Gd3+盐和PO43+盐分别为常用的可溶性Gd3+盐和可溶性PO43+盐。
【专利摘要】本发明公开一种富CO2水热合成磷酸钆纳米棒的方法，其特征在于：室温下，分别配制Gd3+盐和PO43+盐溶液；将上述两种溶液按照体积比为1:1加入反应釜中，一边加入一边搅拌，并持续搅拌30 min至1 h；向反应釜中通CO2气体或者加入干冰，控制釜内压力为1-10 Mpa，密封高压反应釜；加热高压反应釜，设定反应温度为100-200 ℃，持续时间12 h-2 d，然后自然冷却高压反应釜至室温；对反应后的产物过滤，并先后用去离子水和无水乙醇各洗涤、离心两次；将洗涤、离心后的产物在50 ℃～100 ℃干燥6 h以上,即可得到最终纯净产物。
【IPC分类】B82Y30-00, B82Y40-00, C01B25-37
【公开号】CN104692349
【申请号】CN201410810264
【发明人】张为, 周丽, 李和平, 陈柱, 李肃宁
【申请人】中国科学院地球化学研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月24日