專利名稱：CeO的制作方法
技術領域：
本發明涉及氧化鈰納米絲。
近年來，一維納米材料引起了科學界的廣泛關注，因為他們無論是在基礎科學研究還是在技術應用方面都具有極其重大的意義[參見(a)C.M.Lieber，SolidState Commun.1998，107，607.(b)J.Hu，T.W.Odom，C.M.Lieber，Acc.Chem.Res.1999，32，435.(c)P.Yang，Y.Wu，R.Fan，Inter.J.Nanosci.2002，1，1.(d)G.R.Patzke，F.Krumeich，R.Nesper，Angew.Chem.Int.Ed.2002，41，2446.]。一維納米結構材料，包括納米絲、納米棒、納米線、納米帶和納米管等，不僅為我們研究電子傳輸、機械性能等與材料的尺寸及維數的關系提供了一個理想的模型，而且在納米尺度電子及光電器件的構建中扮演著極其重要的角色。維數對材料的性能有著重大的影響，比如電子在三維、二維和一維結構中的相互作用方式就存在著很大的差異[參見(a)C.M.Lieber，Solid State Commun.1998，107，607.(b)J.Hu，T.W.Odom，C.M.Lieber，Acc.Chem.Res.1999，32，435.(c)P.Yang，Y.Wu，R.Fan，Inter.J.Nanosci.2002，1，1.(d)G.R.Patzke，F.Krumeich，R.Nesper，Angew.Chem.Int.Ed.2002，41，2446.]。對低維納米材料的研究，特別是一維或準一維納米材料的研究，被認為是研究其他低維材料的基礎。一維納米材料所具有的許多特有性能已經被相繼發現和報道，這其中包括超強的機械韌性[參見J.Voit，Rev.Rrog.Phys.1994，57，977.]、極高的熒光效率[參見E.W.Wong，P.E.Sheedan，C.M.Lieber，Science 1997，277，1971.]、熱電性能的增強[參見X.F.Duan，Y.Huang，Y.Cui，J.F.Wang，C.M.Lieber，Nature 2001，409，66.]以及激光發射閾值的降低[參見Z.Zhang，X.Sun，M.S.Dresselhaus，J.Y.Ying，J.Heremans，Phys.Rev.B 2000，61，4850.]等。
一維半導體納米材料的制備與組裝的研究在過去的幾年里取得了迅速的發展，新的方法層出不窮，在這里僅僅列舉幾種應用面較廣、影響較為深遠且發展得相對較為成熟的方法。(1)激光剝蝕法(Laser Ablation Method)；(2)溶液-液體-固體(Solution-Liquid-Solid)生長法；(3)分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy)；(4)模板合成法(Tamplate Method)；(5)溶劑熱方法(Solvothermal Method)。激光剝蝕法制備半導體納米線最早由Lieber及其合作者報道。納米線的生長過程遵循氣-液-固(Vapro-Liquid-Solid)的生長模型，可以根據相圖來選擇合適的催化劑來催化納米晶體的一維生長。溶液-液體-固體生長法首先由Buhro課題組在制備III-V族化合物(InP、InAs、GaAs)的過程中創建的。此方法的優點在于能在較低的溫度下制備晶態的一維III-V族半導體納米材料。其生長機理與傳統的氣-液-固機理有很大的相似之處。物理學家則更傾向于用分子束外延法及其相關的方法來制備半導體納米線。這些方法制備納米線容易操作，對于研究物質的性質與尺寸、形貌的關系特別合適。最近，Zhang等利用該方法制備了很長的CdTe納米線。溶劑熱的方法合成一維納米材料近年來得到了迅速的發展，Qian Yitai課題組和Xia Younan課題組在該領域里開展了系統的卓有成效的工作。該方法主要是將反應物置于封閉的反應釜中于相對較高的溫度和壓力下進行反應，從而促進晶體的一維生長。模板方法在一維納米材料的制備中的應用極為廣泛。多孔膜是最常用的模板之一。常用的多孔膜有兩類一是“軌跡刻蝕”聚合物膜(“Track-etch”Polymeric Membrane)；二是多孔氧化鋁(Porous Alumina)。新的納米孔材料正在不斷地被開發出來，比如納米孔道陣列玻璃和分子篩等。Ozin已經對各種能用作模板的具有納米孔結構的固體材料作了討論。近幾年，以碳納米管和DNA分子作為模板制備一維納米材料也取得了重大的進展。
Gedanken課題組以及本發明人的課題組相繼用超聲化學方法制備得到CeO2球形納米粒子。但尚未見有關CeO2納米絲的報道。
本發明的技術方案如下一種CeO2納米絲，它是直徑為3～5nm，長度為100～200nm的CeO2納米絲。
上述的CeO2納米絲為立方相螢石結構的CeO2。
一種制備上述CeO2納米絲的方法，它是將CeO2球形納米粒子粉末加到濃度為5～12M的NaOH溶液中，CeO2球形納米粒子粉末與氫氧化鈉溶液量的比例范圍可以在20mg∶50mL到50mg∶50mL之間，在室溫下，用超聲波輻射反應物溶液，進行超聲化學反應，反應90～240分鐘，可以將超聲波探頭直接插入反應物溶液中反應，反應中，反應混合物自然升溫，一般反應物溫度會上升到343K左右，反應結束后，有大量乳白色絮狀沉淀產生，冷卻至室溫，離心分離，沉淀用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌，將所得的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干，得到土黃色粉末，即為本發明的CeO2納米絲。
本發明的CeO2納米絲經XRD測定，結果表明它為純的立方相螢石結構CeO2。峰的位置與強度都與文獻值相匹配[參見Joint Committee on Powder DiffractionStandards(JCPDS)，File No 4-0593.]。沒有發現雜相峰，表明產品的純度比較高。通過TEM照片，觀察到本發明的CeO2納米絲直徑為3～5nm，長度為100～200nm。
四
圖1為本發明的CeO2納米絲的XRD圖，圖中a為CeO2納米球的XRD圖；b為CeO2納米絲的XRD圖。
圖2為本發明的CeO2納米絲的TEM照片和相應的選區電子衍射(SAED)圖樣。
實施例2.CeO2納米絲的制備稱取約0.02g上述所制備的CeO2球形納米粒子粉末加入到50mL 10MNaOH溶液中，將此溶液置于超聲輻射中于室溫常壓下進行超聲化學反應120min。超聲化學反應是將超聲波探頭(新芝公司，1.2cm直徑，Ti頭，20KHz，功率100W/cm2)直接插入反應物液體來進行的。在反應過程中，由于未加冷卻裝置，反應物溫度會有所上升，至反應結束時達到343K左右。反應結束后，有大量乳白色絮狀沉淀產生。待冷卻至室溫以后進行離心分離(10000rounds/min，5min)，用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌沉淀物，然后將所得到的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干。最終得到的產品為土黃色的粉末。粉末XRD結果(見附圖1)表明該產品為純的立方相螢石結構的CeO2。峰的位置與強度都與文獻值[JointCommittee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)，File No 4-0593.]相匹配。沒有發現雜相峰，表明產品的純度比較高。通過TEM照片(見附圖2)觀察到如此制備的CeO2是直徑為3-5nm、長度為100-200nm的納米絲。而且由選區電子衍射圖樣可進一步證實這些納米絲為立方相CeO2。
實施例3.CeO2納米絲的制備按實施例2的步驟制備CeO2納米絲，但反應時間延長至240min，得到相同的結果。
實施例4.CeO2納米絲的制備按實施例2的步驟制備CeO2納米絲，但NaOH溶液用20mL，超聲化學反應時間改為90min，得到相似的結果。
權利要求
1.一種CeO2納米絲，其特征是它是直徑為4～5nm，長度為100～200nm的CeO2納米絲。
2.根據權利要求1所述的CeO2納米絲，其特征是它為立方相螢石結構的CeO2納米絲。
3.一種制備上述CeO2納米絲的方法，其特征是將CeO2球形納米粒子粉末加到濃度為5～12M的NaOH溶液中，在室溫下，用超聲波輻射反應物溶液，進行超聲化學反應，反應90-240分鐘，反應中，反應混合物自然升溫，反應結束后，冷卻至室溫，離心分離出沉淀，沉淀用蒸餾水、乙醇和丙酮依次洗滌，將所得的沉淀物置于室溫和空氣中自然晾干，得到土黃色粉末，即為本發明的CeO2納米絲。
4.根據權利要求3所述的制備CeO2納米絲的方法，其特征是CeO2球形納米粒子粉末與氫氧化鈉溶液量的比例范圍是在20mg50mL到50mg50mL之間。
5.根據權利要求3所述的制備CeO2納米絲的方法，其特征是用超聲波輻射反應物溶液，是將超聲波探頭直接插入反應物溶液中。
全文摘要
一種CeO
文檔編號C01F17/00GK1462725SQ03131978
公開日2003年12月24日 申請日期2003年6月24日 優先權日2003年6月24日
發明者朱俊杰, 王輝, 陳洪淵 申請人:南京大學