一种NiTiO₃纳米粉体的微波水热制备方法

专利名称：一种NiTiO₃纳米粉体的微波水热制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备NiTi03纳米粉体的方法，具体涉及一种NiTi03纳米粉体的微 波水热制备方法，采用本发明的方法能够快速地制备出形貌可控、分布均匀的NiTi03纳米 粉体。
背景技术：
含有不同金属的钛系氧化物MTi03(M = Ni， Pb， Fe， Co， Cu和Zn)广泛用于固体氧 化物燃料电池电极(SOFC)、金属一空气隔绝材料、气敏传感器的无机功能材料。NiTiOs属 于钛铁矿结构的三角晶系，由于它的半导电性和弱磁性，是重要的化学材料和电气材料，用 于诸多工业领域，如半导体整流器、碳酸氢盐催化剂和表面包覆的染色混合剂，还可用作高 温条件下降低摩擦和损耗的包覆材料。NiTi03具有高Q值、低介电常数和良好的声_光和 电_光性质，具有广泛应用前景，引起人们极大关注。纳米NiTi03微粒由于尺寸小，比表面 积大，具有纳米材料的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特性，与传统材料相 比具有更为独特的性能。 目前关于制备NiTi03纳米粉体的报道不是很多，NiTi03纳米粉体的制备依旧是材 料界较为新颖的课题。传统的制备NiTi03纳米粉体的制备方法有固相烧结法(F.Tietz， F.J. Dias， B.Dubiel， et al. Materials Science andEngineering. 1999，68 :35_41)、 硬 月旨酸凝胶法(M. S. Sadjadi， K. Zare， S. Khanahmadzadeh. Materials Letters,2008，62 : 3679-3681)等，这些方法都是在较高温度下才能制得结晶完全的NiTi03粉体，而在相对较 低的温度下制得NiTi03粉体的报道较少。彭子飞，汪国忠等(彭子飞，汪国忠，张立德.合 成化学，1996， (2) :99-101)和周岚，刘晓峻等(周岚，刘晓峻，张淑仪，等.南京大学学报， 1997,33(1) :32-36)采用化学沉淀法都制备出了纳米NiTi03粉体，但是这种方法制备的粉 体纯度不高，含有杂质。另外，K. P. Lopes等(K. L pes a，L. S. Cavalcante a，A. Z. Simoes， et al.2009， (468) :327-332)采用溶胶_凝胶法制备出的附1103纳米粉体在煅烧后还存在 有NiO粉体。这些方法要么对设备要求高，设备仪器比较昂贵；要么对原料的利用率很小； 或者工艺复杂，制备周期长，可重复性差。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NiTi03纳米粉体的制备工艺。

发明内容
本发明的目的是提出一种NiTi03纳米粉体的微波水热制备方法，采用本发明的制 备方法能够制备出形貌可控的NiTi03纳米粉体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 步骤一 将分析纯的六水合硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 3mol/L lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ; 步骤二向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni"与Ti"的摩尔比为l : 1， 并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的摩尔比为0.7 2 : 1，体积比分别为5 : i 10 : i的水和7 : i 15 : i的乙酰丙酮， 搅拌均匀后所得溶液记为b ; 步骤三将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80% ;然后密
封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模
式进行反应，所述的控温模式的水热温度控制在100-20(TC，控压模式的水热压力控制在
0. 5MPa-4. OMPa，反应时间控制在10min-90min，反应结束后自然冷却到室温； 步骤四打开水热反应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水
乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。 由于本发明的反应是在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，所得 纳米粉体粒径较小，分散性好，反应周期短，重复性好，因此具有广阔的发展前景。法制得的 NiTi03纳米粉体晶粒尺寸较小，分散良好，粒子分布均匀，团聚现象较少，并且不含杂质。工
艺制备简单，操作方便，原料易得，制备成本较低。


图1为本发明制备的NiTi03纳米粉体的X-射线衍射(XRD)图谱；
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 实施例1 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 5mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为o.7 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为5 : l的水和7 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50% ; 然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式水热 温度控制在150°C，反应时间控制在50min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜， 产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥 箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。 将所得的NiTi03纳米粉体用日本理学D/max2000PC X-射线衍射仪分析样品，发 现产物为JCPDS编号为33-0960的NiTi03(图1)。 实施例2 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 6mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为o.s : i，最后加入与无水乙醇体积比分别为io : l的水和i5 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在60% ;
然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式水热 温度控制在IO(TC，反应时间控制在90min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜， 产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥 箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。
4析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 7mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为i.2 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为6 : l的水和7 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在80% ; 然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式水热 温度控制在20(TC，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜， 产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥 箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。 实施例4 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为0. 9mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni 2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子
的摩尔比为i.5 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为7 : l的水和7 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在70% ; 然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行 反应，水热压力控制在4MPa，反应时间控制在10min，反应结束后自然冷却到室温；打开水 热反应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电 热鼓风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。 实施例5 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度 为lmol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+与 Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的
摩尔比为i : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为8 : i的水和io : i的乙酰丙酮，搅拌
均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在55% ;然后 密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行反应， 水热压力控制在0. 5MPa，反应时间控制在90min，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反 应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓 风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。 实施例6 :将分析纯的六水硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni 2+浓度 为0. 3mol/L的透明溶液，所得溶液记为A ;向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+ 与Ti"的摩尔比为l : l，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离
子的摩尔比为2 : 1，最后加入与无水乙醇体积比分别为9 : l的水和i2 : i的乙酰丙酮，
搅拌均匀后所得溶液记为B ;将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在65% ; 然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控压模式进行 反应，水热压力控制在2MPa，反应时间控制在60min，反应结束后自然冷却到室温；打开水 热反应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电 热鼓风干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最终产物NiTi03纳米粉体。
权利要求
一种NiTiO3纳米粉体的微波水热制备方法，其特征在于步骤一将分析纯的六水合硝酸镍加入无水乙醇中，并不断搅拌，配制成Ni2+浓度为0.3mol/L～1mol/L的透明溶液，所得溶液记为A；步骤二向A溶液中加入分析纯的钛酸四丁酯，使得Ni2+与Ti4+的摩尔比为1∶1，并不断搅拌，然后再向溶液中加入柠檬酸，使柠檬酸与所有阳离子的摩尔比为0.7～2∶1，最后加入与无水乙醇体积比分别为5∶1～10∶1的水和7∶1～15∶1的乙酰丙酮，搅拌均匀后所得溶液记为B；步骤三将上述制备的B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模式进行反应，所述的控温模式的水热温度控制在100-200℃，控压模式的水热压力控制在0.5MPa-4.0MPa，反应时间控制在10min-90min，反应结束后自然冷却到室温；步骤四打开水热反应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥2h，即得最终产物NiTiO3纳米粉体。
全文摘要
一种NiTiO3纳米粉体的微波水热制备方法，将六水合硝酸镍加入乙醇中得溶液记为A；向A溶液中加入钛酸四丁酯、柠檬酸、水和乙酰丙酮所得溶液记为B；将B溶液倒入水热反应釜中选择控温模式或者控压模式进行反应，反应结束后自然冷却到室温；打开水热反应釜，产物通过离心分离收集，然后分别采用去离子水、无水乙醇或异丙醇洗涤，于电热鼓风干燥箱中干燥，即得最终产物NiTiO3纳米粉体。本发明的反应是在液相中一次完成，不需要后期处理，且工艺设备简单，所得纳米粉体粒径较小，分散性好，反应周期短，重复性好，因此具有广阔的发展前景。法制得的NiTiO3纳米粉体晶粒尺寸较小，分散良好，粒子分布均匀，团聚现象较少，并且不含杂质。
文档编号B82B3/00GK101774652SQ200910218860
公开日2010年7月14日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者吴建鹏, 曹丽云, 郝品, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学