一种GdFeO₃纳米晶的制备方法

专利名称：一种GdFeO₃纳米晶的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料的制备领域，特别是一种GdFeO3纳米晶的制备方法。
二、背景技术 钙钛矿型复合氧化物是一种具有独特物理性质和化学性质的新型无机非金属材料。这类化合物具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性。作为稀土的正铁酸盐GdFeO3 (GFO)是典型的钙钛矿型复合氧化物，独特的性质使它广泛地应用于现代先进技术，如固体氧化物燃料电池、催化剂、化学传感器、光催化作用、电极材料和生物传感器等。除此之外，它还显示了很高的光催化和电催化活性，已成为目如纳米材料研究和关注的热点。合成GFO纳米材料的方法通常包括液相合成技术、气相沉积(CVD)和传统固相烧结法等。相对于气相和固相方法，液相法具有方法简单、温度较低、节能环保等优点，目前被广泛使用。液相制备方法包括水热法、低温熔盐法、自蔓延燃烧法、共沉淀法、超声合成和多元醇法等。文献I (V. Bedekar, O. D. Jayakumar, J. . Manjanna and A. K. Tyagi,Materials Letters, 2008，62，3793-3795) Vinila Bedekar 等用 Gd(NO3) 3 · 6H20 和Fe (NO3)3 · 9H20为原料，用甲醇做溶剂在反应釜中160°C加热5小时，后经过煅烧制得直径约为60 nm的GFO纳米晶。文献2 (Fredrik Soderlind,Marc A Fortin, Rodrigo M Petoral Jr and AnnaKlasson, et al, Nanotechnology, 2008, 19, l-8)Fredrik Soderlind 等用 GdCl3 ·Η20、FeCl3 ·9Η20、聚乙二醇为反应物，采用多元醇法合成了晶粒平均尺寸约为40 nm的GFO纳米晶，并研究了它的磁性。文献3 (Hua Xu, Xiaoluo Hu and Lizhi zhang, Crystal Growth & Design,2008，8，7，2061-2065)Hua Xu等通过稀土与铁的硝酸盐与油酸钠反应制得稀土和Fe的油酸盐，再在500°C下加热4小时,获得LnFeO3 (Ln=La, Pr, Gd, Sm, Nd, Eu)纳米晶。文献4 (S. V. Chavan and A. K. Tyagi, Journal of Materials Research,2005，20，10，2654-2659) S. V. Chavan 等用 Gd2 (CO3) 3 · 6H20 和 Fe (NO3) 3 · 9H20 为反应物，甘氨酸为燃料，通过自蔓延燃烧法合成了直径为60-80 nm的GdFeO3纳米晶，并研究了反应物与燃料的比例对产物的影响。文献5 (牛新书，李红花，张锋，刘国光，蒋凯，中国稀土学报，2005，23，I, 81-84)牛新书等以Gd2O3与硝酸铁为原料，采用柠檬酸溶胶-凝胶方法合成GFO纳米颗粒，但该过程涉及硝酸溶解以及柠檬酸在低温下易燃烧等问题，且产物结晶度不高。文献f文献5分别通过不同的方法制备得到了 GFO纳米材料，但这些方法仍然存在工艺复杂、环境污染、有机物量大、颗粒不均匀等诸多问题和不足。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、便于产业化生产，且制备的产物具有比表面积大、粒径分布均匀、结晶度高等特点的GdFeO3纳米晶的制备方法。实现本发明的技术技术方案为一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将摩尔比为1:1的Gd(NO3)3 · 6H20和Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇，形成红棕色溶液；步骤二，将步骤一所配溶液加热并搅拌，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱干燥，获得干凝胶；步骤四，将所得干凝胶置于研钵中研磨成粉末，并放入马弗炉中预烧，最后在马弗炉中高温煅烧；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，先后用去离子水和乙醇清洗，然后干燥得到·GdFeO3纳米晶。本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤一中所述Gd (NO3) 3 · 6H20、Fe (NO3) 3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1:1: 40 120。本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤二中所述的加热温度为6(T90°C，搅拌2 4小时。本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤三所述的烘箱干燥温度为12(T160°C，烘箱干燥时间为6 10小时。本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤四中所述的的研磨和预烧交替循环3次及以上，且预烧温度都为30(T50(TC。 本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤四中所述的煅烧温度为60(T90(TC，煅烧时间为2 8小时。本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，步骤五中所述的干燥温度为6(T80°C，干燥时间为5 6小时。本发明与现有技术相比，其显著特点有(1)以乙二醇作为溶剂和配位剂，绿色环保，易于控制，避免使用毒性大、危险性大的有机溶剂和配位剂；(2)反应过程无需添加表面活性剂或其他任何有机物，温和的反应体系为纳米材料的生长提供了合适的环境；(3)实验工艺路线简单、操作便利、环境友好；(4)所合成的纳米晶形貌为蠕虫状，直径约为60^100 nm，为结晶完好的单晶。
四


图I是本发明GdFeO3纳米晶的制备方法的流程示意图。图2是本发明GdFeO3纳米晶的制备方法的实施例I制备的GdFeO3纳米晶的XRD谱图。图3是本发明GdFeO3纳米晶的制备方法的实施例I制备的GdFeO3纳米晶的TEM图。图4是本发明GdFeO3纳米晶的制备方法的实施例I制备的GdFeO3纳米晶的HRTEM图。
五具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。结合图1，本发明的GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将摩尔比为I: I的Gd (NO3) 3 · 6H20和Fe (NO3) 3 · 9H20溶于乙二醇，形成红棕色溶液；步骤二，将步骤一所配溶液加热并搅拌，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱干燥，获得干凝胶；步骤四，将所得干凝胶置于研钵中研磨成粉末，并放入马弗炉中预烧，最后在马弗炉中高温煅烧；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，先后用去离子水和乙醇清洗，然后干燥得到GdFeO3纳米晶。 实施例I :结合图I、图2、图3、图4，本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将Gd(NO3)3WH2O和Fe(NO3)3AH2O放入100 mL烧杯中，再向烧杯中加入乙二醇形成红棕色溶液，所述Gd (NO3) 3 · 6H20、Fe (NO3) 3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1: 1:40 ;步骤二，向所配红棕色溶液中加入磁子，放在磁力搅拌器上，60°C加热搅拌3小时，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱，140°C下干燥8小时，获得干凝胶；步骤四，将干凝胶放在玛瑙研钵中研成粉末，再放入马弗炉中450°C预烧，研磨和预烧交替循环3次，最后在马弗炉中加热至800°C煅烧4小时；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，分别用去离子水和乙醇清洗三次，然后放入烘箱内6(T80°C干燥5-6小时，可得最终产物GdFeO3纳米晶，直径约80 nm。 图2为本实施例所制备GdFeO3纳米晶的XRD谱图，图中所有衍射峰都可以指标为立方相GdFeO3的标准粉末衍射数据[参见Joint Committee on Powder DiffractionStandards (JCPDS)，File No. 47-0067]，未发现任何杂质的衍射峰。图3、图4为本实施例所制备GdFeO3纳米晶的SEM图和HRTEM图，可发现制得的GdFeO3纳米晶呈蠕虫状形貌，直径约80 nm。实施例2结合图1，本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将Gd(NO3)3WH2O和Fe(NO3)3AH2O放入100 mL烧杯中，再向烧杯中加入乙二醇形成红棕色溶液，所述Gd (NO3) 3 · 6H20、Fe (NO3) 3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1: 1:60 ;步骤二，向所配红棕色溶液中加入磁子，放在磁力搅拌器上，80°C加热搅拌3小时，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱，120°C下干燥10小时，获得干凝胶；步骤四，将干凝胶放在玛瑙研钵中研成粉末，再放入马弗炉中400°C预烧，研磨和预烧交替循环3次，最后在马弗炉中加热至700°C煅烧8小时；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，分别用去离子水和乙醇清洗三次，然后放入烘箱内6(T80°C干燥5-6小时，可得最终产物GdFeO3纳米晶，直径约60 nm。实施例3结合图1，本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将Gd(NO3)3WH2O和Fe(NO3)3AH2O放入100 mL烧杯中，再向烧杯中加入乙二醇形成红棕色溶液，所述Gd (NO3) 3 · 6H20、Fe (NO3) 3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1: 1:80 ;
步骤二，向所配红棕色溶液中加入磁子，放在磁力搅拌器上，80°C加热搅拌3小时，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱，160°C下干燥6小时，获得干凝胶；步骤四，将干凝胶放在玛瑙研钵中研成粉末，再放入马弗炉中500°C预烧，研磨和预烧交替循环3次，最后在马弗炉中加热至900°C煅烧2小时；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，分别用去离子水和乙醇清洗三次，然后放入烘箱内6(T80°C干燥5-6小时，可得最终产物GdFeO3纳米晶，直径约70-100 nm。实施例4结合图1，本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将Gd (NO3) 3 · 6H20和Fe (NO3) 3 · 9H20放入100 mL烧杯中，再向烧杯中 加入乙二醇形成红棕色溶液，所述Gd(NO3)3 · 6H20、Fe (NO3)3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1:1:100 ；步骤二，向所配红棕色溶液中加入磁子，放在磁力搅拌器上，80°C加热搅拌4小时，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱，150°C下干燥8小时，获得干凝胶；步骤四，将干凝胶放在玛瑙研钵中研成粉末，再放入马弗炉中300°C预烧，研磨和预烧交替循环3次，最后在马弗炉中加热至800°C煅烧5小时；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，分别用去离子水和乙醇清洗三次，然后放入烘箱内6(T80°C干燥5-6小时，可得最终产物GdFeO3纳米晶，直径约60-100 nm。实施例5结合图1，本发明一种GdFeO3纳米晶的制备方法，包括以下步骤步骤一，将Gd (NO3) 3· 6H20和Fe (NO3) 3· 9H20放入100 mL烧杯中，再向烧杯中加入乙二醇形成红棕色溶液，所述Gd(NO3)3 · 6H20、Fe (NO3)3 · 9H20和乙二醇的摩尔比为1:1:120 ；步骤二，向所配红棕色溶液中加入磁子，放在磁力搅拌器上，90°C加热搅拌2小时，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱，140°C下干燥8小时，获得干凝胶；步骤四，将干凝胶放在玛瑙研钵中研成粉末，再放入马弗炉中450°C预烧，研磨和预烧交替循环3次，最后在马弗炉中加热至600°C煅烧4小时；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，分别用去离子水和乙醇清洗三次，然后放入烘箱内6(T80°C干燥5-6小时，可得最终产物GdFeO3纳米晶，直径约60-100 nm。
权利要求
1.一种GdFeO3纳米晶的制备方法,其特征在于步骤如下 步骤一，将摩尔比为I: I的Gd (NO3) 3 · 6H20和Fe (NO3) 3 · 9H20溶于乙二醇，形成红棕色溶液； 步骤二，将步骤一所配溶液加热并搅拌，形成透明溶胶； 步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱干燥，获得干凝胶； 步骤四，将所得干凝胶置于研钵中研磨成粉末，并放入马弗炉中预烧，最后在马弗炉中高温煅烧； 步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，先后用去离子水和乙醇清洗，然后干燥得到GdFeO3纳米晶。
2.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤一中所述Gd(NO3) 3 · 6H20,Fe (NO3)3 · 9H20 和乙二醇的摩尔比为 1:1: 40 120。
3.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤二中所述的加热温度为6(T90°C，搅拌2 4小时。
4.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤三所述的烘箱干燥温度为12(T160°C，烘箱干燥时间为6 10小时。
5.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤四中所述的研磨和预烧交替循环3次及以上，且预烧温度都为30(T50(TC。
6.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤四中所述的煅烧温度为60(T90(TC，煅烧时间为2 8小时。
7.根据权利要求I所述的一种GdFeO3纳米晶的制备方法，其特征在于步骤五中所述的干燥温度为6(T80°C，干燥时间为5飞小时。
全文摘要
本发明公开了一种GdFeO3纳米晶的制备方法。包括以下步骤步骤一，将摩尔比为1∶1的Gd(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于乙二醇，形成红棕色溶液；步骤二，将所配溶液加热并搅拌，形成透明溶胶；步骤三，搅拌结束后将所得产物放入烘箱干燥，获得干凝胶；步骤四，将所得干凝胶置于研钵中研成粉末，再放入马弗炉中预烧，最后在马弗炉中高温煅烧；步骤五，煅烧后的产物随炉冷却后，先后用去离子水和乙醇清洗，然后放入烘箱干燥得到GdFeO3纳米晶。本发明具有如下优点以乙二醇作为溶剂和配位剂，绿色环保；实验工艺路线简单、操作便利；所合成的纳米晶为蠕虫状，直径约为60～100nm，为结晶完好的单晶。
文档编号B82Y30/00GK102942225SQ20121045520
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者王雄, 李莉, 蓝燕 申请人:南京理工大学