一种纳米铁酸钇粉体的制备方法
【专利摘要】本发明一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，属于纳米材料学领域，以Y2O3和Fe(NO3)3·9H2O为原料，首先将Y2O3用HNO3溶解，制得Y(NO3)3溶液，再按照Y:Fe=1:1（摩尔比）称取Fe(NO3)3·9H2O，然后加入Y(NO3)3溶液中配制成混合溶液，再用KOH溶液调节pH值，矿化后的沉淀物用去离子水清洗过滤得沉淀物，得到的沉淀重新分散到去离子水中并调节pH值，在200～280℃下水热反应，得到铁酸钇粉体。本发明通过调节溶液pH值、反应时间和温度来控制产物的物相和形貌，得到粒径小、分散性好的铁酸钇纳米粉体。本发明工艺简单、合成温度低，反应产物纯度高，粒径小，粒度分布均匀，产率高。
【专利说明】一种纳米铁酸钇粉体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料学领域，尤其涉及一种铁酸钇，具体来说是一种纳米铁酸钇 粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 稀土正铁氧体铁酸钇（YFe03)呈正交钙钛矿结构，是一种稳定的半导体材料，带隙 (Eg)约为2. 58 eV，研究揭示，YFe03在蓝色激光二极管、电极材料、磁场传感器、磁光数据存 储器件和光催化领域有重要的应用前景。
[0003] 要获得具有优越性能的晶体材料或陶瓷材料，粉体的合成是其中的关键步骤。当 制备的材料达到纳米尺度后，因其具有相对较大的比表面积和优良的表面物理化学性质， 使材料表现出许多独特的性质，例如：相图上不相溶的金属或聚合物在纳米状态下可以互 溶，从而制得新型材料；以纳米颗粒作催化剂，比表面积大，活性高，催化反应速度更快；纳 米材料对环境变化敏感，使传感器元件更灵敏；纳米颗粒作磁性材料，可提高记录密度；纳 米粉体比传统粉体容易在较低温度下烧结，且烧结的陶瓷有高的致密度、高的强度和硬度。
[0004] 由于￥和5012在￥20 34%03系统中的优先形成，所以合成单相YFe03比较困难，且 杂相的产生可能导致热力学上不稳定。目前，纳米铁酸钇粉体主要采用化学共沉淀法、溶 胶-凝胶-自燃法和微波法合成。化学共沉淀法是以金属硝酸盐或氯化物为原料配制成 混合溶液，然后加入沉淀剂得到共沉淀产物，然后将共沉淀产物进行洗涤，以去除氯离子或 硝酸跟离子，将其作为前驱物，再进行煅烧处理得到产物，但是在洗涤过程中，由于所得共 沉淀产物为凝胶，洗涤过程非常困难。溶胶-凝胶-自燃法是通过如下具体步骤实现的，先 配制稀土金属硝酸盐或氯化物水溶液、硝酸铁或氯化铁水溶液、柠檬酸水溶液，随后将上述 配置的水溶液混合，加热并搅拌，使它们形成溶胶-凝胶前驱体，之后再将得到的溶胶-凝 胶前驱体置入250?350°C的加热炉中进行自燃合成，最后再将得到的自燃产物在800? 900°C下煅烧2?4小时，来得到铁酸钇粉体。溶胶-凝胶-自燃法主要问题是需要经过两 次热处理，因而工艺较复杂。微波法虽然过程比较简单，但是反应中需要加入高分子化合物 聚乙烯醇作为抑制剂，既增加了成本，又对环境不利。
[0005] 为此，寻找工艺简单、环境友好、合成产物纯度高、粒径小、粒度分布均匀的纳米铁 酸钇粉体合成方法对于其应用非常关键。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米铁 酸钇粉体的制备方法，所述的这种方法要解决现有技术中制备纳米铁酸钇粉体工艺复杂、 成本高、对环境不利的技术问题。
[0007] 本发明一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，包括如下步骤： (1) 按Y :Fe的摩尔比=1: 1的配比称取Y203和Fe (N03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的Y203中加入ΗΝ03，所述的ΗΝ03的浓度为2?4mol/L，加入的ΗΝ0 3和 Y2〇3的摩尔比为6?8:1，60?80°C下搅拌30?120 min使其溶解，得Y (N03) 3溶液； (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合溶液； (4) 在所述的红棕色的混合溶液中加入KOH溶液调节pH值为10?12,然后静置10? 60min分层，去除上清液，在矿化后的沉淀中再加入去离子水，所述的去离子水和沉淀的体 积比为1. 5?2 :1，搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作2?5次，最后抽滤得红褐 色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到去离子水中，所述的红褐色沉淀和去离子水的体 积比为1 :1. 5?2,并调节pH值为7?10. 5,装入高压反应釜，填充度为50%?80%，200? 280°C下反应10?60h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物用去离子水和乙醇溶液分别 反复冲洗1?3次，然后在60?80°C下干燥10?12h，即得土黄色的YFe0 3粉体。
[0008] 进一步的，所述的乙醇溶液的质量百分比浓度为3(Γ60%。
[0009] 进一步的，所述的Υ203的粒度为2~15 μ m。
[0010] 进一步的，所述的Fe (N03) 3 · 9H20的粒度为3(Γ500 μ m。
[0011] 进一步的，所述的碱溶液为Κ0Η或者NaOH溶液，所述的碱溶液的浓度为 0· 5?2. Omol/L。
[0012] 本发明由于采用水热法来制备，因而具有工艺简单、环境友好、后处理方便等技术 效果，可解决化学共沉淀法对产物洗涤困难、溶胶-凝胶-自燃法工艺复杂和微波法对环境 不利的问题。本发明通过温度、压力和时间的精确调控，能有力促进离子之间化学反应的进 行，因此不存在溶胶-凝胶-自燃法中燃烧温度难以精确控制和微波法只能通过间接方法 达到反应温度的问题，因而具有产物纯度高、粒径小、粒度分布窄的技术效果。本发明由于 水热法前驱体为容易清洗杂质的沉淀物，从而杂质得到充分清洗除去，因此不存在化学共 沉淀法中共沉淀物为凝胶，较难洗涤从而导致产物纯度不高、粒度较宽的问题，因而具有产 物纯度高、粒径小、粒度分布窄的技术效果。
[0013] 本发明由于采用硝酸和氧化钇为原料，生成新鲜的硝酸钇，因此不存在化学共沉 淀法、溶胶-凝胶-自燃法和微波法中采用硝酸钇或氯化钇，因而具有原料较便宜、合成反 应容易进行的技术效果。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是实施例7中制备的铁酸钇的XRD图谱； 图2是实施例7中制备的铁酸钇的扫描电镜图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步阐述，但并不限制本发明。
[0018] 实施例1 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1)首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入3LHN03,60°C下搅拌120min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为2mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液调节pH值为10,然后静置lOmin 分层，去除上清液，再次加入1. 5L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作2? 3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 5L的去离子水中并调节pH值为7,装入高压反 应釜，填充度为50%，在200°C下反应48h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用30%的乙醇溶液冲洗1次，然后在60°C下干燥ia即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为120nm。
[0019] 实施例2 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1) 首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入2LHN03,70°C下搅拌90min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为3mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液调节pH值为10. 5,然后静置 30min分层，去除上清液，再次加入1. 6L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操 作2?3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 6L的去离子水中并调节pH值为8,装入高压反 应釜，填充度为60%，在220°C下反应36h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用40%的乙醇溶液冲洗1次，然后在70°C下干燥12h即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为85nm。
[0020] 实施例3 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1) 首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入2LHN03,80°C下搅拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L K0H溶液调节pH值为11，然后静置lOmin 分层，去除上清液，再次加入1. 8L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作2? 3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 8L去离子水中并调节pH值为10. 5,装入高压 反应釜，填充度为75%，在260°C下反应20h ; (6)反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用50%的乙醇溶液冲洗1次，然后在80°C干燥10h即得YFe03粉体。上述所得铁酸钇粉体， 经测定其粉体粒径为156nm。
[0021] 实施例4 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1) 首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入1.8LHN03,80°C下搅拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液调节pH值为11. 5,然后静置 lOmin分层，去除上清液，再次加入1. 8L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操 作2?3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 8L的去离子水中并调节pH值为9,装入高压反 应釜，填充度为75%，在240°C下反应24h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用60%的乙醇溶液冲洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为135nm。
[0022] 实施例5 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1) 首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入2. 4LHN03,70°C下搅拌90min使其溶解，得Υ(Ν03)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为3mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液调节pH值为11. 5,然后静置 lOmin分层，去除上清液，再次加入2L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作 2?3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到2L的去离子水中并调节pH值为10,装入高压反 应釜，填充度为80%，在240°C下反应36h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用35%的乙醇溶液冲洗1次，然后在60°C下干燥12h即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为215nm。
[0023] 实施例6 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1)首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在称取的lmolY203中加入1.8 LHN03,70°C下搅拌90min使其溶解，得Υ(Ν03)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶，解得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液调节pH值为12,然后静置lOmin 分层，去除上清液，再次加入1. 6L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作2? 3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 6L去离子水中并调节pH值为10. 5,装入高压 反应釜，填充度为65%，在280°C下反应10h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用45%的乙醇溶液冲洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为320nm。
[0024] 实施例7 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，具体包括如下步骤： (1) 首先，称取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的lmolY203中加入3LHN03,80°C下搅拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的浓度为2mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,搅拌溶解，得红棕色的混合 溶液； (4) 在所述的红棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液调节pH值为10. 5,然后静置 lOmin分层，去除上清液，再次加入1. 8L去离子水搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操 作2?3次，最后抽滤得红褐色沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到1. 8L去离子水中并调节pH为10. 5,装入高压反 应釜，填充度为75%，在240°C下反应60h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物先用去离子水冲洗2次，再 用55%的乙醇溶液冲洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉体。上述所得铁酸钇粉 体，经测定其粉体粒径为450nm。图1为该实施例产物的XRD图谱，图2为该实施例产物的 扫描电镜图。
[0025] 从图1中可以看出，采用本发明方法制备的产物的XRD图谱与单相铁酸钇的XRD 标准图谱（PDF-#86-0170 )完全一致，其中并没有其他杂相的衍射峰出现，证明采用本发明 方法制备的产物为单相铁酸钇，即正交相铁酸钇。
[0026] 从图2中可以看出，采用本发明实施例7所述的方法制备出的铁酸钇分散性好，粒 径小且均一。
[0027] 综上所述，本发明的一种合成铁酸钇粉体的制备方法，具有工艺简单、合成温度 低、反应产物纯度高、粒径小、粒度分布均匀、产率高等特点，适合工业化生产。
[0028] 上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等 效变换，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 按Y :Fe的摩尔比=1 : 1的配比称取Y203和Fe (N03) 3 · 9H20 ; (2) 在所称取的Y203中加入ΗΝ03，所述的ΗΝ03的浓度为2?4mol/L，加入的ΗΝ0 3和Y203 的摩尔比为6?8:1，60?80°C下搅拌30?120 min使其溶解，得Υ (Ν03) 3溶液； (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入Fe(N03)3 · 9Η20,搅拌溶解，得红棕色的混合溶液； (4) 在所述的红棕色的混合溶液中加入碱溶液调节pH值为10?12,然后静置10? 60min分层，去除上清液，在矿化后的沉淀中再加入去离子水，所述的去离子水和沉淀的体 积比为1. 5~2 :1，搅拌均匀，静置分层，去除上清液，重复操作2?5次，最后抽滤得红褐色 沉淀； (5) 将所述的红褐色沉淀重新分散到去离子水中，所述的红褐色沉淀和去离子水的体 积比为1 :1. 5?2,并调节pH值为7?10. 5,装入高压反应釜，填充度为50%?80%，200? 280°C下反应10?60h ; (6) 反应结束后，真空抽滤分离固体产物，将所得固体产物用去离子水和乙醇溶液分别 反复冲洗1?3次，然后在60?80°C下干燥10?12h，即得YFe0 3粉体。
2. 根据权利要求1所述一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述的Y203的 粒度为2~15μπι。
3. 根据权利要求1所述一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述的 Fe (Ν03) 3 · 9Η20 的粒度为 30?500 μ m。
4. 根据权利要求1所述一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述的碱溶液 为KOH或者NaOH溶液，所述的碱溶液的浓度为0. 5?2. Omol/L。
5. 根据权利要求1所述一种纳米铁酸钇粉体的制备方法，其特征在于：所述的乙醇溶 液的质量百分比浓度为3(Γ60%。
【文档编号】B82Y30/00GK104150539SQ201410318116
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】江国健, 段丽 申请人:上海应用技术学院