专利名称：催化合成纳米镧系金属氢化物的方法
本项发明涉及催化合成纳米镧系金属氢化物的方法。具体地说，就是在0-60℃、常压条件下，通过催化的方法，合成出纳米尺寸的镧系金属氢化物。
纳米科学和技术的研究已成为全世界关注的最重要的科技前沿之一。纳米材料由于其颗粒大小是纳米数量级的(1-100nm)，因而具有极高的分散度、极大的比表面积和极高的表面能，其化学反应活性较其对应的常规物质高2-4个数量级。它们将在催化化学、合成化学、材料科学、能源和环境保护的领域中具有广泛的应用价值，产生直接的经济效益。镧系金属与过渡金属合金组成的氢化物是一种储氢材料，在现代科学和工业领域具有广泛的应用前景。
纳米材料的制备是纳米科技的基础，是核心的研究问题。纳米材料的制备通常分为物理和化学方法。化学法主要通过适当的化学反应(包括液相、气相和固相反应)，从分子、原子出发制备纳米材料[1，2]。镧系金属氢化物的合成通常是在高温下由镧系金属和氢气直接反应制备[3]，反应条件比较苛刻，产物颗粒为微米数量级。目前尚未见到有关纳米尺寸的镧系金属氢化物的合成方法的文献报道。
本项发明的目的是提供一种在0-60℃、常压条件下，催化合成纳米尺寸的镧系金属氢化物的方法。
本项发明催化合成纳米镧系金属氢化物的方法可用反应式表示为Ln+m/2H2---LnHm下面通过实例对本项发明提供的催化合成纳米镧系金属氢化物的方法作进一步说明。实例1 催化合成纳米氢化镧块状稀土金属镧(北京有色金属研究总院生产，纯度＞99.99％)，用钢锯锯成屑状，称取3.47g(25mmol)加到反应瓶中，将反应瓶与恒压氢气量管接通(纯氢＞99.99％)，加入15.0mL THF(四氢呋喃)和0.015mL TiCl4，打开磁力搅拌器，用油浴控制温度，并立刻计时，反应的吸氢量由恒压氢气量管直接读出。金属镧加氢反应58小时停止，然后将整个反应液转移到单口离心瓶中，离心分出液相(5000转/min，15min)，固相用THF洗二次，80℃油浴真空干燥1h小时后得黑色固体粉末氢化镧。催化剂具有很高的催化活性，能使镧定量地转化成镧化氢。根据吸氢量确定分子式为LaH2.84。纳米稀土金属氢化物的组成为非化学计量值，传统方法制备的大颗粒稀土金属氢化物的组成也是非化学计量值，LnHm中m值在2-3之间[4，5]。用日本理学JEM-1200 EX透射电镜测定结果其颗粒尺寸在10-40nm范围内，用日本理学D/Max-rb型X射线衍射仪作XRD测试，其结构为立方晶体。实例2 催化合成纳米氢化钕按照实例1的实验方法催化合成纳米氢化钕。金属钕加氢反应68小时停止。根据吸氢量确定分子式为NdH2.80。透射电镜测定结果其颗粒尺寸在10-40nm范围内。实例3 催化合成纳米氢化钐按照实例1的实验方法催化合成纳米氢化钐。金属钐加氢反应120小时停止。根据吸氢量确定分子式为SmH2.72。透射电镜测定结果其颗粒尺寸在10-40nm范围内。实例4 催化合成纳米氢化镝按照实例1的实验方法催化合成纳米氢化镝。金属镝加氢反应173小时停止。根据吸氢量确定分子式为DyH2.82。透射电镜测定结果其颗粒尺寸在10-40nm范围内。实例5 催化合成纳米氢化镱按照实例1的实验方法催化合成纳米氢化镱。金属镱加氢反应262小时停止。根据吸氢量确定分子式为YbH2.55。透射电镜测定结果其颗粒尺寸在10-40nm范围内。
总体上讲，轻稀土镧、钕氢化物合成，没有诱导期，加完试剂后立即吸氢，反应进行较快；重稀土氢化镱合成诱导期较长，反应进行较慢。催化剂具有很高的催化活性，能使镧系金属定量地转化成相应镧系金属氢化物。
通过上述实例可见，采用本项发明的催化合成方法，在0-60℃、常压条件下，在催化剂作用下，镧系元素能定量地合成纳米镧系金属氢化物。本项发明的催化合成方法反应条件温和、要求设备简单、操作条件易于控制、产物收率高、催化剂效率高、生产成本低廉等优点。
参考文献1.薛群基，徐康，化学进展，2000，431-4442.张立德，牟季美著“纳米材料和纳米结构”，科学出版社，2001，112-1403.Sullivan，E.A.In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，Vol.13，4th Edn.，John Wiley&Sons，New York，1995，p.613.4.Cotton and Wilkinson，Advanced Inorganic Chemistry，4th Eidition，p250-251.5.JCPDS(32-481).
权利要求
1.一种催化合成纳米镧系金属氢化物的制备方法，其特征在于反应物镧系金属粉末，在有机溶剂中，使用催化剂，在0-60℃、常压条件下进行。
2.按照权利要求1所述的纳米尺寸的镧系金属氢化物的制备方法，其特征之一是使用催化剂进行制备。催化剂包括TiCl4、Cp2TiCl2、ZrCl4、Cp2Ni、CoCl2、CuCl2、FeCl3等。其中TiCl4催化效率最高。
3.按照权利要求1所述的纳米尺寸的镧系金属氢化物的制备方法，其特征之二是在有机溶剂中进行制备。有机溶剂包括四氢呋喃、1，4-二氧六环、吡啶、甲苯等。其中四氢呋喃溶剂效应最好。
全文摘要
纳米科学和技术的研究已成为全世界关注的最重要的科技前沿之一。纳米材料的制备是纳米科技的基础，是核心的研究问题。我们发明了一种在0－60℃、常压条件下催化合成纳米尺寸的镧系金属氢化物的新方法，合成出各种镧系金属的氢化物。透射电镜测定结果表明该镧系金属氢化物的颗粒直径在10－40nm范围内。此法反应条件温和、要求设备简单、操作条件易于控制、产物收率高、生产成本低。
文档编号C01F17/00GK1478723SQ0214173
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月29日 优先权日2002年8月29日
发明者范荫恒, 武美霞, 廖世健, 徐杰 申请人:辽宁师范大学