一种铬铁酸镧纳米材料的制备方法与流程

本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种铬铁酸镧纳米材料的制备方法。

背景技术：

钙钛矿类型化合物的分子通式一般为ABO₃，这种一大类的化合物最早被发现在钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO₃)化合物，因此而得名。因钙钛矿类化合物晶体结构上有许多特性，在凝聚态物理、磁性材料等领域研究非常广泛。晶结构中的A位一般是稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位也可以被半径相近的其它金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。

铬铁酸镧（LaFe_1/2Cr_1/2O₃）是一种重要的磁性钙钛矿型材料（A位置是La；B位置是Fe_1/2Cr_1/2）。铬铁酸镧主要应用于光催化、离子传感、磁阻材料、燃料电池等领域。铬铁酸镧的结构也可以认为La₂FeCrO₆，由于其B位置上是Fe和Cr两种离子半径很相近的离子构成，其材料的性质与Fe和Cr两种离子在晶体结构中的排布有很大关系。传统的制备铬铁酸镧纳米材料的固相反应技术耗时较长且需要高温条件，反应通常是在1100～1300°C下进行,从而限制了铬铁酸镧纳米材料的生产。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单，目的产物收率高，制备成本低，操作工艺简单，分散性好的铬铁酸镧纳米材料的制备方法。本发明通过利用交联剂，实现了低温固相煅烧制取纯相铬铁酸镧纳米材料的工艺过程。通过多组对比试验，发现了交联剂在反应中起着重要作用，利用其在反应中的熔化与燃烧放热成功的生成了具有良好结晶度的铬铁酸镧纳米材料。本发明制备方法同样可以应用于和铬铁酸镧相似的其它功能材料的化学合成研究，且具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种铬铁酸镧纳米材料的制备方法，系将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸在水中充分溶解，在搅拌并加热条件下进行交联反应后，自然冷却后放入研钵中研磨，接续高温煅烧反应，温度下降至室温，即得到铬铁酸镧纳米材料。

作为一种优选方案，本发明所述的硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶12～120。

作为另一种优选方案，本发明所述的硝酸镧的摩尔浓度为0.02～0.4 mol/L；所述的硝酸铁的摩尔浓度为0.01～0.2 mol/L；所述的硝酸铬的摩尔浓度为0.01～0.2 mol/L；所述的柠檬酸的摩尔浓度为0.12～2.4 mol/L。

进一步地，本发明所述的搅拌溶解的时间为30～60分钟。

进一步地，本发明所述的交联反应的搅拌速度为100～600 转/分钟，交联反应的温度为150～500 °C，交联反应时间为1～10 h。

进一步地，所述的研钵中研磨的时间为1～3 h。

进一步地，所述的高温煅烧反应的温度在600～800 °C，升温速率为5～20 °C/分钟，反应时间为4～24 h。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

（1）铬铁酸镧纳米材料的制备工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制。在不高于800°C的条件下就可以制备出纯相的铬铁酸镧纳米材料，并且生产效率较高，目的产物收率为99.5%～99.8%。

（2）目的产物铬铁酸镧纳米材料，其纯度高（99.92％～99.98％），杂质含量低。

（3）目的产物铬铁酸镧材料是纳米尺度材料，其尺寸为30~50 nm，可满足工业应用领域对铬铁酸镧纳米材料产品的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的X射线衍射图。

图2为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的SEM图。

图3为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的SEM图。

图4为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的SEM图。

图5为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的SEM图。

图6为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料的SEM图。

具体实施方式

本发明以硝酸镧、硝酸铬、硝酸铁和柠檬酸为原料，原料按照一定的摩尔配比，在水中充分溶解，然后在搅拌并加热条件下交联反应后，在研钵中研磨，接续高温煅烧反应，温度下降至室温，即得到钽酸镧粉体，其制备步骤是。

（1）将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸按照一定的摩尔比称量后，放入在水中充分溶解，搅拌溶解的时间为30～60分钟。

（2）将上述溶液，在搅拌速度为100～600 转/分钟，温度为150～500 °C，交联反应1～10 h。

（3）将上述的交联反应后的产物放入研钵中研磨，研磨的时间为1～3 h。

（4）将上述的研磨后产物物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，煅烧反应，反应温度600～800 °C，升温速率为5～20 °C/分钟，反应时间为4～24 h，即制得铬铁酸镧纳米材料。

参见图1，本发明将制备所得的铬铁酸镧纳米材料进行XRD分析，其结果是，所得产品铬铁酸镧纳米材料XRD衍射花样为典型的ABO₃钙钛矿型晶体衍射花样，且结晶度很强。参见图2～6所示，为本发明所制备的铬铁酸镧纳米材料进行的扫描电镜（SEM）图，所得产品铬铁酸镧纳米材料，纳米粒子的尺寸为30~50 nm。

实施例1。

将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸准确称量后放入水中充分搅拌溶解，搅拌时间30分钟。上述硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶12。硝酸镧的摩尔浓度为0.02 mol/L；硝酸铁的摩尔浓度为0.01mol/L；硝酸铬的摩尔浓度为0.01 mol/L；柠檬酸的摩尔浓度为0.12 mol/L。然后将该溶液，在搅拌速度为100 转/分钟，交联反应的温度为150 °C，交联反应10 h，反应后，自然冷却至室温，放入研钵中研磨细致，研磨时间3 h。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，进行高温煅烧，升温速率为5 °C/分钟，反应温度800 °C，反应时间为4 h，冷却后即得到铬铁酸镧纳米材料。其纳米粒子的尺寸为30 nm，产品的收率为99.7%，产品纯度为99.97%，杂质含量：碳小于0.03%。

实施例2。

将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸准确称量后放入水中充分搅拌溶解，搅拌时间60分钟。上述硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶12。硝酸镧的摩尔浓度为0.20 mol/L；硝酸铁的摩尔浓度为0.10mol/L；硝酸铬的摩尔浓度为0.10 mol/L；柠檬酸的摩尔浓度为1.20 mol/L。然后将该溶液，在搅拌速度为600 转/分钟，交联反应的温度为500 °C，交联反应1 h，反应后，自然冷却至室温，放入研钵中研磨细致，研磨时间1 h。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，进行高温煅烧，升温速率为10 °C/分钟，反应温度800 °C，反应时间为24 h，冷却后即得到铬铁酸镧纳米材料。其纳米粒子的尺寸为40 nm，产品的收率为99.6%，产品纯度为99.93%，杂质含量：碳小于0.07%。

实施例3。

将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸准确称量后放入水中充分搅拌溶解，搅拌时间50分钟。上述硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶120。硝酸镧的摩尔浓度为0.02 mol/L；硝酸铁的摩尔浓度为0.01 mol/L；硝酸铬的摩尔浓度为0.01 mol/L；柠檬酸的摩尔浓度为1.20 mol/L。然后将该溶液，在搅拌速度为100 转/分钟，交联反应的温度为350 °C，交联反应5 h，反应后，自然冷却至室温，放入研钵中研磨细致，研磨时间2 h。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，进行高温煅烧，升温速率为20 °C/分钟，反应温度600 °C，反应时间为24 h，冷却后即得到铬铁酸镧纳米材料。其纳米粒子的尺寸为50 nm，产品的收率为99.5%，产品纯度为99.92%，杂质含量：碳小于0.08%。

实施例4。

将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸准确称量后放入水中充分搅拌溶解，搅拌时间40分钟。上述硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶60。硝酸镧的摩尔浓度为0.02 mol/L；硝酸铁的摩尔浓度为0.01 mol/L；硝酸铬的摩尔浓度为0.01 mol/L；柠檬酸的摩尔浓度为0.6 mol/L。然后将该溶液，在搅拌速度为300 转/分钟，交联反应的温度为400 °C，交联反应10 h，反应后，自然冷却至室温，放入研钵中研磨细致，研磨时间2 h。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，进行高温煅烧，升温速率为10 °C/分钟，反应温度800 °C，反应时间为5 h，冷却后即得到铬铁酸镧纳米材料。其纳米粒子的尺寸为35 nm，产品的收率为99.6%，产品纯度为99.95%，杂质含量：碳小于0.05%。

实施例5。

将硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸准确称量后放入水中充分搅拌溶解，搅拌时间30分钟。上述硝酸镧、硝酸铁、硝酸铬和柠檬酸的摩尔比为2∶1∶1∶60。硝酸镧的摩尔浓度为0.04 mol/L；硝酸铁的摩尔浓度为0.02 mol/L；硝酸铬的摩尔浓度为0.02 mol/L；柠檬酸的摩尔浓度为1.20 mol/L。然后将该溶液，在搅拌速度为300 转/分钟，交联反应的温度为250 °C，交联反应8 h，反应后，自然冷却至室温，放入研钵中研磨细致，研磨时间2 h。将上述的混合物装入坩埚中后放入箱式电阻炉中，进行高温煅烧，升温速率为10 °C/分钟，高温反应温度700 °C，反应时间为9 h，冷却后即得到铬铁酸镧纳米材料。其纳米粒子的尺寸为45 nm，产品的收率为99.8%，产品纯度为99.98%，杂质含量：碳小于0.02%。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。