稀土金属氢氧化物及氧化物多孔隧道纳米管及制备方法与流程

本发明涉及纳米材料的制备技术领域，特别是涉及一种稀土金属氢氧化物及稀土氧化物多孔隧道纳米管及其制备方法。

背景技术：

稀土纳米材料兼具稀土特性和纳米特性，具有综合的优良特性。一维结构的纳米材料具有低的维数和高的比表面积，表现出很多奇特的物理性能，稀土氧化物的许多功能如发光性能、催化性能等都受其形态和组成的影响。

随着纳米技术研究的不断深入，人们发现如果将稀土金属或其氧化物制备成一维结构，如纳米线，纳米管，材料将同时具备量子尺寸效应和特殊形态效应。其中稀土金属及其氧化物纳米管，大大增大了比表面积，能够产生更多的表面界面效应。因此，稀土金属及其氧化物纳米管，比单纯的纳米颗粒，纳米棒具有更加丰富和优异的性能，在光学、电子、催化等领域有着重要的应用前景。

对于稀土金属氢氧化物及其氧化物纳米管，以往报道大部分为单孔道中空，圆柱状纳米管，关于稀土金属氢氧化物及其氧化物多孔隧道，棱柱状纳米管的制备，国内外尚无报道。

基于以上所述，提供一种具有多孔隧道结构的稀土金属氢氧化物和稀土氧化物纳米管及其制备方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种稀土金属氢氧化物及稀土氧化物多孔隧道纳米管及其制备方法，以实现一种管壁光滑，尺寸均一，横截面为多孔结构，并且在纳米管内部形成隧道，分散性好，成分可控，易于收集的稀土金属氢氧化物及稀土氧化物多孔隧道纳米管。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，所述制备方法包括步骤：步骤1)，将十六烷基三甲基溴化铵CTAB和去离子水加入反应容器中混合均匀，获得第一混合液；步骤2)，将稀土可溶性盐加入所述第一混合液中，搅拌后获得第二混合液；步骤3)，将沉淀剂加入所述第二混合液中，搅拌后保温一段时间，洗涤干燥后收集，得到稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，将所述十六烷基三甲基溴化铵CTAB和去离子水进行搅拌混合均匀，搅拌采用的温度为室温，搅拌的时间为1～2h。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述稀土可溶性盐为硝酸盐，氯酸盐一种或两种以上的混合盐。

优选地，所述混合盐中，任意两种可溶性盐用量的摩尔比范围为1:1～1:3。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，所述沉淀剂为氨水，氢氧化钠的一种。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，将沉淀剂加入所述第二混合液中，搅拌后在水热釜中保温一段时间，水热温度为100～150℃，保温时间为24～36h。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，洗涤采用去离子水和乙醇的一种或两种。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，采用真空干燥的方式进行干燥，干燥的温度为40～80℃。

本发明还提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管，所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管为多孔结构，所述多孔结构在所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管内部形成隧道。

作为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的一种优选方案，所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的管径为200～300nm，壁厚为15～25nm。

本发明还提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：依据上述任意一项方案所述的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法制备稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管；以及步骤4)，对所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管进行热处理，获得稀土氧化物多孔隧道纳米管。

作为本发明的稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法的一种优选方案，所述热处理的温度为500～700℃，保温时间为1～6h，环境为有氧环境。

本发明还提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管，所述稀土氧化物多孔隧道纳米管为多孔结构，所述多孔结构在所述稀土氧化物多孔隧道纳米管内部形成隧道。

作为本发明的稀土氧化物多孔隧道纳米管的一种优选方案，所述稀土金属氧化物多孔隧道纳米管的管径为200～300nm，壁厚为15～25nm。

如上所述，本发明的稀土金属氢氧化物及稀土氧化物多孔隧道纳米管及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明所制备的稀土金属氢氧化物和稀土氧化物多孔隧道纳米管的横截面为多孔结构，并且在纳米管内部形成隧道，尺寸均一，管径为200～300nm左右，管壁厚20nm左右，分散性好，管表面光滑，易于收集。本发明采用溶剂热法，通过调控稀土金属前驱体的种类，反应时间及温度，得到组分不同，尺寸不同的多孔隧道纳米管，所用试剂无毒，方法简单，易于操作。

附图说明

图1显示为本发明的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法各步骤所呈现的流程示意图。

图2显示为本发明的稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法各步骤所呈现的流程示意图。

图3显示为实施例1中稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的SEM图。

图4显示为实例4中氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土氧化物多孔隧道纳米管的SEM图。

图5显示为实例4中氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土氧化物多孔隧道纳米管的XRD图谱。

元件标号说明

S11～S13 步骤1)～步骤3)

S24 步骤4)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，所述制备方法包括步骤：

步骤1)S11，将十六烷基三甲基溴化铵CTAB和去离子水加入反应容器中混合均匀，获得第一混合液；

作为示例，步骤1)中，将所述十六烷基三甲基溴化铵CTAB和去离子水进行搅拌混合均匀，搅拌采用的温度为室温，搅拌的时间为1～2h。

步骤2)S12，将稀土可溶性盐加入所述第一混合液中，搅拌后获得第二混合液；

作为示例，步骤2)中，所述稀土可溶性盐为硝酸盐，氯酸盐一种或两种以上的混合盐。优选地，所述混合盐中，任意两种可溶性盐用量的摩尔比范围为1:1～1:3。

步骤3)S13，将沉淀剂加入所述第二混合液中，搅拌后保温一段时间，洗涤干燥后收集，得到稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管。

作为示例，步骤3)中，所述沉淀剂为氨水，氢氧化钠的一种。将沉淀剂加入所述第二混合液中，搅拌后在水热釜中保温一段时间，水热温度为100～150℃，保温时间为24～36h。

作为示例，步骤3)中，洗涤采用去离子水和乙醇的一种或两种。

作为示例，步骤3)中，采用真空干燥的方式进行干燥，干燥的温度为40～80℃。

本实施例还提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管，所述稀土金属多孔隧道纳米管为多孔结构，所述多孔结构在所述稀土金属多孔隧道纳米管内部形成隧道。

作为示例，所述稀土金属多孔隧道纳米管的管径为200～300nm，壁厚为15～25nm。

在一个具体的实施过程中，所述稀土金属多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：

称取0.2730g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15ml的超纯水放入25ml烧杯中混合，得第一混合液。加入0.3686g硝酸钐后，在磁力搅拌器中搅拌混合1h，得第二混合液。将0.1ml的25％的氨水逐滴加入第二混合液中，搅拌2h得到悬浊液。将悬浊液放入25ml水热釜中，在120℃下保温24h。冷却到室温后，分别用去离子水和乙醇洗涤干净，在60℃下真空干燥过夜，得到氢氧化钐多孔隧道纳米管。图3显示为本实施例中稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的SEM图。由图可见，本实施例所制备的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的横截面为多孔结构，并且在纳米管内部形成隧道，尺寸均一，管径为200～300nm左右，管壁厚20nm左右，分散性好，管表面光滑。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，所述制备方法具体包括步骤：称取0.2730g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15ml的超纯水放入25ml烧杯中混合，得第一混合液。加入0.3686g硝酸镧后，在磁力搅拌器中搅拌混合1h，得第二混合液。将0.1ml的25％的氨水逐滴加入第二混合液中，搅拌2h得到悬浊液。将悬浊液放入25ml水热釜中，在120℃下保温24h。冷却到室温后，分别用去离子水和乙醇洗涤干净，在60℃下真空干燥过夜，得到氢氧化镧多孔隧道纳米管。

实施例3

如图1所示，本实施例提供一种稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，所述制备方法具体包括步骤：称取0.2730g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15ml的超纯水放入25ml烧杯中混合，得第一混合液。加入0.3686g硝酸铈后，在磁力搅拌器中搅拌混合1h，得第二混合液。将0.1ml的25％的氨水逐滴加入第二混合液中，搅拌2h得到悬浊液。将悬浊液放入25ml水热釜中，在120℃下保温24h。冷却到室温后，分别用去离子水和乙醇洗涤干净，在60℃下真空干燥过夜，得到氢氧化铈多孔隧道纳米管。

实施例4

如图2所示，本实施例提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：采用如实施例1所述的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法制备稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管；

还包括步骤4)S24，对所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管进行热处理，获得稀土氧化物多孔隧道纳米管。

作为示例，所述热处理的温度为500～700℃，保温时间为1～6h，环境为有氧环境。

在一个具体的实施过程中，将实例1中得到的氢氧化钐多孔隧道纳米管在700℃下保温1h，得到氧化钐多孔隧道纳米管。图4显示为本实施例中氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土氧化物多孔隧道纳米管的SEM图。图5显示为本实施例中氧化物多孔隧道纳米管的制备方法所制备的稀土氧化物多孔隧道纳米管的XRD图谱。由图可见，本实施例所制备的稀土氧化物多孔隧道纳米管的横截面为多孔结构，并且在纳米管内部形成隧道，尺寸均一，管径为200～300nm左右，管壁厚20nm左右，分散性好，管表面光滑。

本实施例还提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管，所述稀土氧化物多孔隧道纳米管为多孔结构，所述多孔结构在所述稀土氧化物多孔隧道纳米氢氧化物形成隧道。

作为示例，所述稀土金属多孔隧道纳米管的管径为200～300nm，壁厚为15～25nm。

实施例5

如图2所示，本实施例提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：采用如实施例2所述的稀土金属多孔隧道纳米管的制备方法制备稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管；

还包括步骤4)，对所述稀土金属多孔隧道纳米管进行热处理，获得稀土氧化物多孔隧道纳米管。

作为示例，所述热处理的温度为500～700℃，保温时间为1～6h，环境为有氧环境。

在一个具体的实施过程中，将实例2中得到的氢氧化镧多孔隧道纳米管在700℃下保温1h，得到氧化镧多孔隧道纳米管。

实施例6

如图2所示，本实施例提供一种稀土氧化物多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：采用如实施例3所述的稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管的制备方法制备稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管；

还包括步骤4)S14，对所述稀土金属氢氧化物多孔隧道纳米管进行热处理，获得稀土氧化物多孔隧道纳米管。

作为示例，所述热处理的温度为500～700℃，保温时间为1～6h，环境为有氧环境。

在一个具体的实施过程中，将实例3中得到的氢氧化铈多孔隧道纳米管在700℃下保温1h，得到氧化铈多孔隧道纳米管。

实施例7

如图1所示，本实施例提供一种多孔隧道纳米管的制备方法，所述制备方法具体包括步骤：称取0.2730g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15ml的超纯水放入25ml烧杯中混合，得第一混合液。加入0.3686g硝酸钐和0.2695g硝酸镧(硝酸钐和硝酸镧的摩尔比为：1:1)后，在磁力搅拌器中搅拌混合1h，得第二混合液。将0.1ml的25％的氨水逐滴加入第二混合液中，搅拌2h得到悬浊液。将悬浊液放入25ml水热釜中，在120℃下保温24h。冷却到室温后，分别用去离子水和乙醇洗涤干净，在60℃下真空干燥过夜，得到镧，钐混合的多孔隧道纳米管。

实施例8

如图2所示，本发明提供一种稀土氧化混合物多孔隧道纳米管的制备方法，包括步骤：采用如实施例7所述的稀土金属多孔隧道纳米管的制备方法制备稀土金属多孔隧道纳米管；

还包括步骤4)S14，对所述稀土金属多孔隧道纳米管进行热处理，获得稀土氧化混合物多孔隧道纳米管。

作为示例，所述热处理的温度为500～700℃，保温时间为1～6h，环境为有氧环境。

在一个具体的实施过程中，将实例7中得到的镧钐混合的多孔隧道纳米管在700℃下保温1h，得到氧化钐和氧化镧混合多孔隧道纳米管。

如上所述，本发明的稀土金属氢氧化物及稀土氧化物多孔隧道纳米管及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明所制备的氢氧化物和稀土氧化物多孔隧道纳米管的横截面为多孔结构，并且在纳米管内部形成隧道，尺寸均一，管径为200～300nm左右，管壁厚20nm左右，分散性好，管表面光滑，易于收集。本发明采用溶剂热法，通过调控稀土金属前驱体的种类，反应时间及温度，得到组分不同，尺寸不同的多孔隧道纳米管，所用试剂无毒，方法简单，易于操作。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。