技术简介：
本专利针对传统制备La₂CuO₄粉体方法存在的杂质多、工艺复杂、团聚严重等问题，提出采用溶胶凝胶-水热法结合工艺。通过柠檬酸络合金属离子形成均匀前驱体，经水热处理直接生成纳米级La₂CuO₄粉体，避免高温煅烧导致的硬团聚，实现粒径小（80-100nm）、分布均匀、纯度高的目标，显著降低能耗与成本，提升材料性能。
关键词：溶胶凝胶-水热法,La₂CuO₄粉体,纳米材料
专利名称：溶胶凝胶-水热法制备铜酸镧(La<sub>2</sub>CuO<sub>4</sub>)粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备铜酸镧纳米粉体的方法，具体涉及一种溶胶凝胶-水热法制备铜酸镧(La2CuO4)粉体的方法。
背景技术：
类钙钛矿型复合氧化物La2CuO4本身为反铁磁绝缘体，同时也是超导体的基体材料。Lei2CuO4是Lei2_xMxCu04 (M为Ba，Sr，Ca等)和La2CuO4+s超导体的母相结构。第一个高温超导体La-Ba-Cu-O就是在母相中利用Ba部分取代La而得到的，尽管此后具有更高转变温度的超导材料相继问世，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。另外，由于其具有良好的催化活性和热稳定性，可以作为催化剂，实现天然气高效燃烧、低排放过程。此外，在化学传感器、汽车尾气催化净化、氮氧化物催化消除、有机物催化氧化等方面也有较好的发展前景。目前所报道的制备La2CuO4的方法主要有固态反应法[YANGDongsheng，WU Baimei，ZHENG ffeihua,et al. THERMALCONDUCTIVITY OF ExcEss-OXYGEN-DOPEDLa2CuO4 [J]. CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATUREPHYSICS,2001,23(1) :44-47]，自蔓延燃烧法[WANG Xiaohui, ZHOUYanchun.Preparation of La2CuO4Precursor powers by self-propagatingcombustion synthesis and their crystallization[J]. Chinese Juournal ofMaterial Research. 2001,15(4) :387-393.]，水热法[ZHANG Yue, ZHANG Lei, DENG Jiguang, et al. Hydrothermal fabrication andcatalytic performance of single-crystalline La2_xSrxCu04(x = 0,1)withspecific morphologies for methane oxidation[J]. Chinese Journal ofCatalysis,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。为了达到实用化的目的，必须开发生产成本低、操作简单、周期短的纳米La2CuO4 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，重复性好的溶胶凝胶-水热法制备铜酸镧(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，形貌可控的纳米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 100ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为0. 8mol/L 2. 8mol/L的溶液A ；2)按La3+Cu2+=(1 2)1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜 (Cu(NO3)3 · 3H20)得溶液 B ；3)按分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)与金属阳离子总和为(0. 5 1. 5)1的摩尔比向溶液B中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌IOmin 70min，得到溶液C，用尿素调节pH为2. 5 7. 0，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于50°C 100°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中， 再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在160°C 240°C下处理 12h 36h，取出后冷却到室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。本发明采用溶胶凝胶结合水热的方法制备La2CuO4粉体，使用水热法直接生成复合氧化物，避免了一般湿化学法需要经过煅烧转化成产物这一可能形成硬团聚的步骤，采用水热法合成的La2CuO4粉体，具有合成温度较低，纯度高，结晶形态好，粉粒均勻，粒度小且团聚程度低等显著优点。制备过程先用溶胶凝胶法制备出La2CuO4干凝胶，然后选用水为溶剂，水热处理一段时间后，再置于马弗炉中煅烧。所得纳米La2CuO4S径分布均勻，形貌可控，反应周期短，重复性好。
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粉体的透射电镜(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45ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 1.5mol/L 的溶液 A;2)按La3+Cu2+= 11的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜(Cu(NO3)3 ·3H20) 得溶液B;3)按分析纯柠檬酸(C6H8O7 ·Η20)与金属阳离子总和为1. 21的摩尔比向溶液B 中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌35min，得到溶液C，用尿素调节pH为4. 5，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于80°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在180°C下处理20h，取出后冷却到
室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。由图1可以看出，产物为单一的La2CuO4相，由图2可以看出，产物为球形颗粒，尺寸为 80nmIOOnm0
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. 8mol/L 的溶液 A;2)按La3+Cu2+ = 1.31的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜 (Cu(NO3)3 · 3H20)得溶液 B ；3)按分析纯柠檬酸(C6H8O7 ·Η20)与金属阳离子总和为0. 51的摩尔比向溶液B 中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌lOmin，得到溶液C，用尿素调节pH为2. 5，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于50°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在160°C下处理36h，取出后冷却到
室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。实施例3 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 2mol/L的溶液A;2)按La3+Cu2+ = 1.81的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜 (Cu(NO3)3 · 3H20)得溶液 B ；3)按分析纯柠檬酸(C6H8O7 ·Η20)与金属阳离子总和为1. 51的摩尔比向溶液B 中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌50min，得到溶液C，用尿素调节pH为7. 0，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于100°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在下处理12h，取出后冷却到室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。实施例4 1)将分析纯的硝酸镧(La(NO3)3 · 6H20)溶于70ml蒸馏水中制成硝酸镧浓度为 2. 8mol/L 的溶液 A;2)按La3+Cu2+= 21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)按分析纯柠檬酸(C6H8O7 .H2O)与金属阳离子总和为0. 81的摩尔比向溶液B 中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌70min，得到溶液C，用尿素调节pH为5. 5，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于60°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在200°C下处理^h，取出后冷却到
室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。
权利要求1.溶胶凝胶-水热法制备铜酸镧(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. 8mol/L2. 8mol/L 的溶液 A ；2)按La3+ Cu2+ = (1 2)1的摩尔比向溶液A中加入分析纯硝酸铜 (Cu(NO3)3 · 3H20)得溶液 B ；3)按分析纯柠檬酸(C6H8O7· H2O)与金属阳离子总和为(0. 5 1. 5)1的摩尔比向溶液B中加入分析纯柠檬酸(C6H8O7 · H2O)，常温搅拌IOmin 70min，得到溶液C，用尿素调节pH为2. 5 7.0，得到溶液D ；4)把溶胶D置于烘箱中，于50°C 100°C烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，加至水热釜容积的1/3 2/3处，而后在160°C下处理1 36h，取出后冷却到室温；5)打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到 La2CuO4 粉体。
全文摘要溶胶凝胶-水热法制备铜酸镧粉体的方法，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中加入柠檬酸并调节pH为2.5～7.0得溶液D；把溶胶D置于烘箱中烘干得干凝胶，将干凝胶置于水热釜中，再向水热釜中加入蒸馏水，在160℃～240℃下处理12h～36h，取出后冷却到室温；打开水热釜，通过离心分离收集样品，然后经过蒸馏水、丙酮反复洗涤，干燥后得到La2CuO4粉体。本发明采用溶胶凝胶结合水热的方法制备La2CuO4粉体，使用水热法直接生成复合氧化物，避免了一般湿化学法需要经过煅烧转化成产物这一可能形成硬团聚的步骤，采用水热法合成的La2CuO4粉体，具有合成温度较低，纯度高，结晶形态好，粉粒均匀，粒度小且团聚程度低等显著优点。
文档编号C01G3/00GK102502767SQ20111037557
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
发明者侯艳超, 吴建鹏, 曹丽云, 李意峰, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学