專利名稱：一種水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒及其制備方法
技術領域：
本發明屬于一維納米材料制備技術領域，具體涉及一種水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒的制備方法。
背景技術：
一維納米材料，如納米線，納米棒，納米帶，由于其在納米技術領域有非常優越的性能，近年來備受關注。常規制備一維納米材料方法主要有模板法，氣相沉積法，微乳液罰等。文獻[Yadong Li, Meng Sui, Yi Ding, et al. Adv. Mater. 2000,12, No. 11]報道了利用水和鎂粉在180°C高溫高壓環境中發生反應生成氫氧化鎂，并且利用乙二胺為螯合劑， 從而形成氫氧化鎂納米棒。文獻[Xiaogang Wen, Weixin Zhang, Shihe Yang, et al. Nano Lett.，Vol. 2，No. 12，1397-1401]報道了利用Cu2S納米線為前體模板，在堿性環境下制備氫氧化銅納米帶。層狀金屬氫氧化物一類陰離子型層狀功能材料。此類材料特殊的結構及物化性能使其在光學、電學、磁學、催化及醫藥等領域有著廣泛的應用。此類材料粉體制備技術已經非常完善，其一般結構主要為六方片狀，文獻[刑穎，李殿卿，Evans D.G，段雪.化學學報， 2003(2) =267-272]報道合成了水楊酸根插層鋅鋁水滑石，其以碳酸根插層的鋅鋁水滑石為前體，用離子交換的方法把水楊酸根交換到水滑石層間。文獻[康志強，杜寶中，陳博，王軍峰.化學工程師，2007(1) :9-11]報道合成了水楊酸根插層鎂鋁水滑石，其以碳酸根插層鎂鋁水滑石為前體，用離子交換的方法把水滑石交換到水滑石層間。但一步沉淀法制備水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物，并對其形貌進行控制，制備出層狀氫氧化物納米棒，至今沒有文獻報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒的制備方法。利用水楊酸根與二價金屬離子的插層組裝作用，制備水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒。通過調控溫度，溶液相對濃度，以及晶化時間，可以得到長度范圍為50nm-15 μ m，直徑在10-150nm層狀金屬氫氧化物納米棒。本發明的水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒的制備步驟如下A.將濃度為0. 01 0. 5M的水楊酸鹽溶液和濃度為0. 01 0. 5M的二價金屬鹽溶液混合均勻，其中水楊酸鹽溶液與二價金屬鹽溶液摩爾比為1 1 10 ；用0. IM的氫氧化鈉溶液調節pH = 5 8，通氮氣保護，在20 100°C溫度下邊攪拌邊晶化0. 5 48小時， 得到水楊酸插層層狀金屬氫氧化物膠體；所述的二價金屬鹽是硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸亞鐵、硝酸鎂或硝酸鈣，所述的水楊酸鹽是水楊酸鈉，水楊酸鉀，水楊酸氨；B.將上述膠體沉淀，用脫出(X)2的去離子水洗滌3-5遍，在60°C烘箱中，烘10_12 小時，即得到水楊酸插層層狀金屬氫氧化物粉末。
經檢測其為水楊酸根插層層狀氫氧化物納米棒，其化學式為M2+(OH) (C7H5O3) · mH20。其長度為 0. 2-15 μ m，直徑為 10_150nm。將得到的產物進行表征，結果如下通過圖1的X射線衍射分析(XRD)可以確定，其為層狀氫氧化物，且水楊酸根進入到層間；由圖2和圖5的低分辨掃描電鏡(SEM)看出，在T = 95°C合成的水楊酸根插層氫氧化鈷納米棒，長度在IOym左右，直徑在125nm左右，在T = 30°C合成的水楊酸根插層氫氧化鈷納米棒，長度在300-500nm，直徑在50nm左右(見)；圖3的能量散布X光分析(EDX)表征產物的主要成分為鈷，碳，氧，沒有出現其他元素，說明產物組成單一。圖4的高分辨透射電鏡(HRTEM)顯示，合成材料為納米棒。本發明優點在于，無需其他的修飾劑和模板劑，溫和條件下合成納米棒。通過水楊酸根與金屬離子的插層組裝作用，成功合成出水楊酸插層層狀金屬氫氧化物納米棒。在溶液環境中，通過調變反應溫度，PH值，晶化時間等條件，可以制得長度和半徑可調的納米棒。 制備納米棒方法簡單，原料豐富，價格低廉，適于規模化生產。
圖1為實施例1得到的鈷水楊酸層狀氫氧化物X射線晶體衍射譜圖(XRD)。圖2為實施例1得到的鈷水楊酸層狀氫氧化物配合物掃描電鏡照片(SEM)。圖3為實施例1得到的鈷水楊酸層狀氫氧化物高分辨透射電鏡(TEM)。圖4為實施例1得到的鈷水楊酸層狀氫氧化物能量散布X光分析(EDX)。圖5為實施例2得到的鈷水楊酸層狀氫氧化物掃描電鏡照片(SEM)。
具體實施例方式實施例1步驟A稱取5. 8206g的Co (NO3) 2 ·6Η20加入去(X)2水配置成IOOml混合鹽溶液，稱取6g的NaOH加入去(X)2水配置成IOOml堿溶液，稱取6. 4044g水楊酸鈉加入去CO2水配置成150ml鹽溶液(Co(NO3)2 ·6Η20與水楊酸鈉摩爾比為1 2)；先將水楊酸鈉溶液倒入圓底燒瓶中，并開始用電動攪拌器勻速轉動，轉速為200r/min ；然后把鹽溶液倒入四口燒瓶中， 混合均勻后，用堿液調整溶液PH值為5-8。步驟B在95°C下，以200r/min攪拌晶化48h ；晶化結束后，漿液冷卻過濾，用去CO2 水洗滌3次，離心分離、得到配合物沉淀。于60°C下干燥12小時，得到水楊酸根插層氫氧化鈷粉末。經SEM表征所得粉末為10 μ m，直徑為125nm左右的納米棒。實施例2操作步驟同實施例1，不同之處為晶化溫度為30°C，制備得到的水楊酸根插層氫氧化鈷為長度在0. 3-0. 5 μ m，直徑為50nm左右的納米棒。實施例3稱取5. 8206g 的 Co (NO3)2 ·6Η20 和 3. 2022g 水楊酸鈉(Co (NO3)2 ·6Η20 與水楊酸鈉摩爾比為1 1)，其他同實施樣例1。制備得到的水楊酸根插層氫氧化鈷為長度在3μπι，直
4徑為45nm左右的納米棒。實施例4稱取2. 9103g&Co(N03)2 ·6Η20 和 32. 022g 水楊酸鈉制(Co(NO3)2 ·6Η20 與水楊酸鈉摩爾比為1 10)，其他同實施樣例1。備得到的水楊酸根插層氫氧化鈷為長度在0.2-1 μ m， 直徑為150nm左右的納米棒。實施例5步驟A稱取0. 58206g的Co (NO3) 2 · 6H20加入去(X)2水配置成IOOml混合鹽溶液， 稱取Ig的NaOH加入去(X)2水配置成IOOml堿溶液，稱取0. 64044g水楊酸鈉加入去(X)2水配置成150ml鹽溶液(Co(NO3)2 ·6Η20與水楊酸鈉摩爾比為1 2)；先將水楊酸鈉溶液倒入圓底燒瓶中，并開始用電動攪拌器勻速轉動，轉速約為200r/min ；然后把鹽溶液倒入四口燒瓶中，混合均勻后，用堿液調整溶液PH值為5-8。步驟B在95°C下，以200r/min攪拌晶化48h ；晶化結束后，漿液冷卻過濾，用去CO2 水洗滌3次，離心分離、得到配合物沉淀。于60°C下干燥12小時，得到水楊酸根插層氫氧化鈷粉末。經SEM表征所得粉末為15 μ m左右，直徑為IOOnm左右的納米棒。實施例6步驟A稱取5. 8206g的Ni (NO3) 2 ·6Η20加入去(X)2水配置成IOOml混合鹽溶液，稱取6g的NaOH加入去(X)2水配置成IOOml堿溶液，稱取6. 4044g水楊酸鈉加入去CO2水配置成150ml鹽溶液(Ni(NO3)2 ·6Η20與水楊酸鈉摩爾比為1 2)；先將水楊酸鈉溶液倒入圓底燒瓶中，并開始用電動攪拌器勻速轉動，轉速約為200r/min ；然后把鹽溶液倒入四口燒瓶中，混合均勻后，用堿液調整溶液PH值為5-8。步驟B在95 °C下，200r/min條件下攪拌晶化48h ；晶化結束后，漿液冷卻過濾，用去(X)2水洗滌3次，離心分離、得到配合物沉淀。于60°C下干燥12小時，得到水楊酸根插層氫氧化鎳粉末。經SEM表征所得粉末為7 μ m，直徑為IOOnm左右的納米棒。
權利要求
1.一種水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒的制備方法，具體制備步驟如下A.將濃度為0.01 0. 5M的水楊酸鹽溶液和濃度為0. 01 0. 5M的二價金屬鹽溶液混合均勻，其中水楊酸鹽溶液與二價金屬鹽溶液摩爾比為1 1 10 ；用0. IM的氫氧化鈉溶液調節pH = 5 8，通氮氣保護，在20 100°C溫度下邊攪拌邊晶化0. 5 48小時，得到水楊酸插層層狀金屬氫氧化物膠體；所述的二價金屬鹽是硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸亞鐵、硝酸鎂或硝酸鈣，所述的水楊酸鹽是水楊酸鈉、水楊酸鉀或水楊酸氨；B.將上述膠體沉淀，用脫出CO2的去離子水洗滌3-5遍，在60°C烘箱中，烘10-12小時， 即得到水楊酸插層層狀金屬氫氧化物粉末。
2.一種根據權利要求1所述的方法制備的水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒，其化學式為=M2+(OH)-(C7H5O3)- .HiH2O，其中 M2+ 為 Mg2\Ca2\Co2\Fe2\Ni2+ 中的一種；其長度為 0. 2-15 μ m,直徑為 10-150nm。
全文摘要
本發明提供了一種水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒及其制備方法，屬于納米材料制備技術領域。水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物的化學式為M2+(OH)-(C7H5O3)-·mH2O。制備工藝為將二價金屬鹽，水楊酸鹽，堿液采用沉淀法，在pH＝5～8，T＝20～100℃，氮氣保護下，晶化0.5～48h即得到納米棒狀的水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物。通過調節反應溫度，晶化時間和反應濃度，可以對水楊酸根插層層狀金屬氫氧化物納米棒的尺寸進行調控。本發明優點在于，用本方法制備納米棒，設備要求簡單，無需模板劑或修飾劑。制備得到的納米棒，結構均一穩定，化學組成可調控，具有重要的研究意義和應用前景。
文檔編號C01G51/04GK102211790SQ20111005306
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者何靜, 盧燊, 王連英, 鄭國民, 郭曉迪 申請人:北京化工大學