本发明属于材料制备,特别涉及采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法。
背景技术:
1、零维纳米材料指具有较小颗粒尺寸的材料,粒径一般在10nm以下,零维纳米材料具有的小粒径,导致颗粒表面原子比例增加,表面态密度显著增大,使其具备了不同于大尺寸材料的独特性质,例如量子尺寸效应、量子隧道效应和量子限域效应,这些独特的光、电、磁学性质使得零维纳米材料在生物、医学、能源以及催化诸多领域展现出应用潜力。
2、零维纳米材料种类丰富,主要涵盖金属单质(包括pt、au、ag纳米团簇)、碳量子点(功能化衍生的碳点)以及氧化物超细纳米颗粒。在众多材料中,氧化物因具有丰富的特征金属而具有多功能性,同时氧位点的变化也对改善氧化物的性质具有重要帮助,但是由于氧化物固有的高热稳定性,使得制备零维氧化物超细颗粒较为困难。
3、常规制备零维纳米材料的方法主要有两种:一种是自下而上的湿化学法,该方法具有颗粒尺寸均匀可控的优势,但对材料种类要求较高,且制备过程中全程需要配体,后续处理提纯过程复杂,较难得到无配体零维纳米材料;另一种是自上而下的策略,主要原理是利用外部能量(包括声、光、电、力)对大尺寸材料进行处理而得到小尺寸零维材料,该策略的优势是对材料种类限制较小,同时无需加入配体,但由于材料内部对能量吸收可能存在不均匀的原因,其颗粒均匀性有待进一步提升;可见上述现有技术的方法在制备零维氧化物纳米颗粒时均存在一定的技术缺陷,继而影响氧化物零维纳米材料的应用。因此,开发一种制备氧化物零维纳米材料的新方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足,本发明提供了采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,本发明提供了一种具备快捷性、普适性制备零维氧化物纳米颗粒的方法,获得纯净、粒径均匀的零维氧化物纳米颗粒,克服现有制备方法存在的技术缺陷。
2、为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
3、本发明的反应物仅为氧化物前驱体,将氧化物前驱体分散于溶剂中,采用液相激光辐照技术获得目标产物,与现有技术相比,在制备过程中不引入新的杂质,所以获得的零维氧化物纳米颗粒产品纯净;另外,零维氧化物纳米颗粒的粒径分布均匀,这主要得益于激光熔融处理解决了颗粒团聚的问题。
4、采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,包括如下步骤:
5、将氧化物前驱体研磨至粒径达到微米级,然后分散于溶剂中,得到氧化物分散液;
6、对氧化物分散液采用液相激光辐照技术进行辐照处理后,分离出溶剂,得到零维氧化物纳米颗粒。
7、优选的,所述氧化物前驱体为多元氧化物或非白色二元氧化物;白色二元氧化物采用液相激光辐照技术的制备效果不好,因为在1064波长下,白色物质容易反射激光,使得激光较难作用在物质上,所以无法制备;白色多元氧化物采用液相激光辐照技术也能够制备,但是产品不佳,粒径均匀性差。
8、优选的,氧化物分散液中氧化物前驱体的质量与溶剂的体积比为0.2~1.5mg/ml。
9、优选的,液相激光辐照技术的激光发射波长为1064nm,激光辐照范围为1.3cm。
10、优选的,辐照处理的条件为:于环境温度为室温、激光辐照能量为1.2-2.0j下,激光辐照1~10min;室温的温度范围为15℃-45℃,不同温度和激光辐照能量会对零维氧化物纳米颗粒的制备产生影响,此条件为本申请筛选获得。
11、优选的,溶剂为非醇类的极性溶剂,氧化物在醇类溶剂中反应缓慢甚至不反应。
12、优选的,溶剂选自丙酮、n,n'-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或乙二醇二甲醚。
13、优选的,研磨的方法为球磨,球磨转速为300~600rpm,球磨时间为8~20h。
14、优选的,分离溶解的方法为减压蒸馏法。
15、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
16、1、本发明采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的原理是:1064nm波长激光具有能量高、发热强的特点,在1.2-2.0j的大激光辐照能量下,瞬间产生的高温熔化了氧化物前驱体,高温熔融状态下的氧化物在溶剂中快速凝结成纳米级超细颗粒,该方法还普适于常见非白色氧化物材料。
17、2、本发明在1064nm波长脉冲激光辐照作用下,快速可控制备了一系列二元或多元氧化物零维超细纳米颗粒胶体溶液,种类涵盖所有非白色氧化物(白色氧化物与1064nm激光不发生作用),且溶剂种类拓展至非醇类的极性溶剂,具有制备方法的普适性。
18、3、采用本发明制备方法获得的零维氧化物纳米颗粒,在制备过程中激光处理引起氧化物表面态的改变,并构筑氧缺陷产生氧空位,氧空位对零维氧化物纳米颗粒的光电、催化以及储能的性质具有积极作用。
19、4、本发明制备的胶体溶液中的溶剂通过旋蒸进行分离,整个制备过程高度纯净无配体存在,得到的粉末再分散到溶剂中后,依然保持小尺寸且分布均匀,该方法适用于大批量制备零维氧化物纳米颗粒。
1.采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,所述氧化物前驱体为多元氧化物或非白色二元氧化物。
3.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,氧化物分散液中氧化物前驱体的质量与溶剂的体积比为0.2~1.5mg/ml。
4.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,辐照处理的激光发射波长为1064nm,激光辐照范围为1.3cm。
5.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,辐照处理于室温下进行。
6.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,辐照处理的条件为:于激光辐照能量为1.2-2.0j下,激光辐照1~10min。
7.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,溶剂为非醇类的极性溶剂。
8.根据权利要求7所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,溶剂选自丙酮、n,n'-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或乙二醇二甲醚。
9.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,研磨的方法为球磨,球磨转速为300~600rpm,球磨时间为8~20h。
10.根据权利要求1所述的采用液相激光辐照技术制备零维氧化物纳米颗粒的方法,其特征在于,分离溶剂的方法为减压蒸馏法。