基于均相共沉淀法制备金属纳米颗粒镶嵌纳米氧化铝的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术领域，特别涉及纳米复合结构材料的制备方法。
技术背景
[0002]氧化铝具有许多显著的物理特性，如高熔点、良好的疏水性、高弹性模量、高光学透明性、高折射率、良好的热稳定性和化学稳定性、低表面酸度、优异的光学性能和绝缘性能等。氧化铝拥有15种以上的不同晶型，它可以发生多种晶型转变，广泛应用于空间技术、催化负载、激光和能源技术领域。然而，随着世界各国对纳米材料研宄的不断深入，成分单一的纳米材料已不能满足于现在科技发展的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供了一种性能良好、形貌优良的金属纳米颗粒镶嵌非晶或γ纳米氧化铝的制备方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明具体的制备步骤如下。
[0006](I)将原料和硫酸铝或硝酸铝按一定的摩尔比溶于一定量蒸馏水中，再加入适量十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂和尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将溶液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于烘箱中，125°C，恒温12-16 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60-80°C烘箱中空气干燥10 h以上。
[0007](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气气氛退火3 h，待炉冷后，将产物移入瓷方舟置于管式电阻炉中，在还原气氛于600 V -800°C退火3h，随后保持还原气氛炉冷至室温，得到金属纳米颗粒镶嵌非晶或γ纳米氧化铝的材料。
[0008]本发明步骤(I)所述的原料为硫酸亚铁(FeS04)、硝酸银(AgN03)、氯金酸(HAuCl4)、氯铂酸(H14Cl6O6Pt)、氯化钯(PdCl2)或硝酸镍(Ni (NO3) 2)。
[0009]本发明步骤(I)所述的原料中金属离子和铝离子的摩尔比为1:200-5:1，其中铝离子的摩尔浓度为0.2mol/L-5mol/Lo
[0010]本发明步骤(I)所述的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)加入量为 0.05mol/L-0.3mol/L。
[0011]本发明步骤(I)所述的尿素加入量为lmol/L-3mol/L0
[0012]本发明步骤(2)所述的还原气氛优选氢气，氮氢混合气(5%H2-95%N2)，氩氢混合气(5%H2-95%Ar)。
[0013]本发明采用的是均相共沉淀法，将反应后所得沉淀物依次在空气气氛和还原气氛下退火制备得到最终的金属纳米颗粒镶嵌非晶或γ纳米氧化铝的材料。制备过程非常简单，而且适用于多种类的金属，所得产物混合均匀、形貌优良。而且，产物的尺寸、形貌和物相结构可以通过改变原料的投加量及后续热处理温度进行控制。该方法对实验设备要求不高，十分有利于实际中的操作。
【附图说明】
[0014]图1是本发明金属铁颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝材料在硫酸亚铁:硫酸铝的摩尔比为0.25:1时所得产物的环境扫描电镜图。
[0015]图2是本发明金属铁颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝材料在硫酸亚铁:硫酸铝的摩尔比为0.5:1时所得产物的环境扫描电镜图。
[0016]图3是本发明金属铁颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝材料在硫酸亚铁:硫酸铝的摩尔比为0.5:1时所得产物的透射电镜图。其中的小插图为镶嵌区域的高分辨图像。
[0017]图4是本发明金属铁颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝材料在硫酸亚铁:硫酸铝的摩尔比为0.5:1时所得产物的能谱图。
[0018]图5是本发明金属银颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝材料在还原气氛退火阶段于600°C退火后的XRD测试分析图。
[0019]图6是本发明金属银颗粒镶嵌γ纳米氧化铝材料在还原气氛退火阶段于800°C退火后的XRD测试分析图。
【具体实施方式】
[0020]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0021]本实验采用的化学试剂纯度均为分析纯。本方法采用CTAB或SDBS作为表面活性剂，尿素作为沉淀剂，将原料和硫酸铝(或硝酸铝)通过均相共沉淀法得到初始产物，再将初始产物依次于空气气氛和还原气氛下退火获得金属颗粒镶嵌非晶或γ纳米氧化铝的材料。材料的表面形貌可以通过改变原料的投加量和后续热处理温度进行控制。
[0022]实施例1。
[0023]制备步骤如下。
[0024](I)将0.00125 mo I的硫酸亚铁和0.005 mo I硫酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入Ig CTAB和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0025](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，待炉冷后，将产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得如图(I)中金属铁纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
[0026]实施例2。
[0027]制备步骤如下。
[0028](I)将0.0025 mo I的硫酸亚铁和0.005 mol硫酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入IgCTAB和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0029](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得如图(2) (3) (4)中金属铁纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
[0030]实施例3。
[0031]制备步骤如下。
[0032](I)将0.005 mol的硝酸银和0.01 mol硝酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入Ig SDBS和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0033](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得如图(5)中金属银纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
[0034]实施例4。
[0035]制备步骤如下。
[0036](I)将0.005 mol的硝酸银和0.01 mol硝酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入Ig SDBS和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0037](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，800°C氢气气氛退火3 h，最终制得如图(6)中金属银纳米颗粒镶嵌γ纳米氧化铝的材料。
[0038]实施例5。
[0039]制备步骤如下。
[0040](I)将0.0005 mol的氯金酸和0.005 mol硫酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入IgCTAB和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0041](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得金属金纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
[0042]实施例6。
[0043]制备步骤如下。
[0044](I)将0.001 mol的氯铂酸和0.005 mol硫酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入IgCTAB和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0045](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得金属铂纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
[0046]实施例7。
[0047]制备步骤如下。
[0048](I)将0.0002 mol的硝酸镍和0.005 mol硫酸铝溶于30ml蒸馏水中，再加入IgCTAB和3.5g尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将混合液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于125°C烘箱中恒温15 h，再升温至170°C恒温9 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60°C烘箱中空气干燥10 ho
[0049](2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气退火3h，炉冷得到的产物移入瓷方舟后置于管式电阻炉中，600°C氢气气氛退火3 h，最终制得金属镍纳米颗粒镶嵌非晶纳米氧化铝的材料。
【主权项】
1.一种基于均相共沉淀法制备金属纳米颗粒镶嵌纳米氧化销的方法，其特征是制备步骤如下: (1)将原料和硫酸铝或硝酸铝按一定的摩尔比溶于一定量蒸馏水中，再加入适量十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基苯磺酸钠和尿素，待混合液超声搅拌至完全溶解后，将溶液转入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，置于烘箱中，125°C，恒温12-16 h，再升温至170°C恒温8-10 h，冷却后抽滤，所得沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60-80°C烘箱中空气干燥10h以上； (2)将步骤(I)中干燥后的产物倒入坩祸后置于箱式电阻炉中，600°C空气气氛退火3h，待炉冷后，将产物移入瓷方舟置于管式电阻炉中，在还原气氛于600°C _800°C退火3 h，随后保持还原气氛炉冷至室温，得到金属纳米颗粒镶嵌非晶或γ纳米氧化铝的材料； 步骤(I)所述的原料为硫酸亚铁、硝酸银、氯金酸、氯铂酸、氯化钯或硝酸镍； 步骤(I)所述的原料中金属离子和铝离子的摩尔比为1:200-5:1，其中铝离子的摩尔浓度为 0.2mol/L_5mol/L ； 步骤(I)所述的十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基苯磺酸钠加入量为0.05mol/L-0.3mol/L ； 步骤(I)所述的尿素加入量为lmol/L-3mol/L ； 步骤(2)所述的弱还原气氛优选氢气，氮氢混合气，氩氢混合气。
【专利摘要】一种基于均相共沉淀法制备金属纳米颗粒镶嵌纳米氧化铝的方法，（1）将金属盐和硫酸铝或硝酸铝按溶于蒸馏水中，加入表面活性剂和尿素，超声搅拌完全溶解，将溶液转入聚四氟乙烯内衬反应釜中，烘箱中，125℃，恒温12-16h，再升温至170℃恒温8-10h，冷却后抽滤，沉淀物用无水乙醇和蒸馏水洗涤后于60-80℃烘箱中空气干燥；（2）将（1）中产物倒入坩埚后置于电阻炉中，600℃空气气氛退火3h，炉冷后，将产物移入瓷方舟置于管式电阻炉中，在还原气氛于600℃-800℃退火3h，还原气氛中炉冷至室温。本发明制备过程非常简单，设备要求不高，适用于多种类金属，产物混合均匀、形貌优良，产物的尺寸、形貌和物相结构可以通过改变原料的投加量及后续热处理温度进行控制。
【IPC分类】B22F9-26, B82Y40-00
【公开号】CN104708009
【申请号】CN201410468671
【发明人】肖丽, 程抱昌
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年9月15日