專(zhuān)利名稱(chēng):CeOCl納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種對(duì)已合成納米顆粒進(jìn)行可控轉(zhuǎn)化成新納米顆粒的制備方法,尤其涉及一種通過(guò)陰離子交換對(duì)已合成的CeO2納米顆粒進(jìn)行可控轉(zhuǎn)化合成CeOCl納米顆粒的制備方法。
背景技術(shù):
近年來(lái),通過(guò)離子交換法合成新型納米結(jié)構(gòu)已取得了一定成果。通過(guò)離子交換對(duì)已給的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,交換已給納米結(jié)構(gòu)組成中的部分離子來(lái)形成新的含有不同組成的納米結(jié)構(gòu)。Dong Hee Son等人在常溫下將甲苯液中混合CdS、CdSe、CdTe納米顆粒和溶有 AgNO3的甲醇溶液,通過(guò)Ag+和Cd2+離子進(jìn)行的陽(yáng)離子交換,得到了 Ag2Se納米顆粒,雖然納米的大小變大但保留了原來(lái)納米結(jié)構(gòu)的形貌。Bryce Sadtler,等人通過(guò)Cu2+與Cd2+離子的交換對(duì)已合成的CdS納米棒結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,并通過(guò)控制Cu2+離子的濃度實(shí)現(xiàn)CdS部分或全部轉(zhuǎn)化生成CuS納米棒結(jié)構(gòu),形成最終的CuS或CdS-CuS納米棒結(jié)構(gòu)。Pedro H. C. Camargo 等人通過(guò)陽(yáng)離子交換對(duì)已合成的SeMg2Se核殼形納米球?qū)M(jìn)行轉(zhuǎn)化,Zn、Cd、Pb等離子與 Ag離子交換形成了 Se麵Se (M = Zn、Cd、Pb)核殼形結(jié)構(gòu),保留了原來(lái)的結(jié)構(gòu)大小但組成發(fā)生了變化。JungwonPark等人通過(guò)陰離子交換對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,ZnO納米結(jié)構(gòu)與硫化物前體發(fā)生柯肯德?tīng)栃?yīng)獲得了 ZnS納米結(jié)構(gòu),保留了原來(lái)ZnO納米結(jié)構(gòu)但形成中空結(jié)構(gòu)。Dolczik and K0nenkamp等人通過(guò)氣固相反應(yīng)中陰離子交換實(shí)現(xiàn)ZnO到ZnS薄膜的轉(zhuǎn)化,并進(jìn)一步將ZnS通過(guò)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化形成Cu2S, > Sb2S3^Ag2S等納米結(jié)構(gòu),并保留了原來(lái)的納米結(jié)構(gòu)形貌。從文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)中不難看出,通過(guò)離子交換對(duì)已合成納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化并可控合成新型納米結(jié)構(gòu),這種可實(shí)現(xiàn)的離子交換只存在于硫化物納米結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子交換和氣固相反應(yīng)中陰離子交換當(dāng)中。在溶液中,通過(guò)陰離子交換對(duì)已給納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控轉(zhuǎn)化合成新型納米結(jié)構(gòu)的方法還沒(méi)有報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種能在溶液通過(guò)陰離子交換對(duì)已給的CeO2納米顆粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控轉(zhuǎn)化合成CeOCl納米顆粒的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為該CeOCl納米顆粒的制備方法, 其特征在于包括下述步驟I)首先將用水熱法合成的15 30ml含有CeO2納米顆粒甲苯溶液在1000 3000rpm下離心8 12分鐘,取上清液;向上清液中加入20 30ml乙醇,在6000 8000rpm 離心8 12分鐘,取離心沉淀物;將得到的離心沉淀物分散在10 15ml甲苯中,然后加入 25 35ml乙醇,6000 8000rpm條件下離心8 12分鐘,得到的沉淀物即為CeO2納米顆粒;上述CeO2納米顆粒甲苯溶液中CeO2的含量為O. 125 O. 25mmol ;將上述CeO2納米顆粒分散于20 30ml十八烯中,得到濃度為O. 004 O. 008mmol/ml 的 CeO2 溶液;
3
2)向CeO2溶液中加入含鹵素源物質(zhì)、還原劑和保護(hù)劑,得到反應(yīng)混合體系,在氮?dú)獗Wo(hù)下用磁力加熱器攪拌加熱到200 300°C,保溫O. 5 8小時(shí);3)保溫結(jié)束后取10 15ml反應(yīng)混合體系,加入30 40ml丙酮,6000 8000rpm 下離心8 12分鐘;向離心沉淀中加入30 45ml乙醇溶液,超聲分散后,6000 8000rpm 下離心8 12分鐘,取沉淀物;4)將離心得到的沉淀物分散在5 8ml甲苯中,加入15 20ml丙酮,3000 4000rpm下離心8 12分鐘,取沉淀物;5)將步驟4)重復(fù)5 6次,最后一次得到的沉淀物即為CeOCl納米顆粒;上述還原劑為I,2-十六烷二醇,用量為O I. 54mmol ;所述的保護(hù)劑為油胺或油胺和油酸的混合物;單獨(dú)使用油胺為保護(hù)劑時(shí),用量為
O.5 2. 5mmol ;使用油酸和油胺的混合物為保護(hù)劑時(shí),5 >油胺(ml):油酸(ml) > I。較好的,所述的含鹵素源物質(zhì)選自十四烷基三甲基氯化銨,十四烷基三甲基溴化銨,十六烷基三甲基氯化銨或十六烷基三甲基溴化銨。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供了一種新的納米顆粒合成方法,其能夠在溶液中通過(guò)陰離子交換對(duì)已給納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化并可控合成新納米結(jié)構(gòu),即對(duì)已給二元納米顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)化可控合成三元納米顆粒,該方法可拓展到相似納米顆粒以及多元復(fù)雜納米顆粒的合成中。
圖I為實(shí)施例I轉(zhuǎn)化后CeOCl納米立方體結(jié)構(gòu)的X-射線衍射(XRD)圖譜;
圖2為實(shí)施例I轉(zhuǎn)化后CeOCl納米立方體結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片;
圖3為實(shí)施例2轉(zhuǎn)化后CeOCl納米花形結(jié)構(gòu)的X-射線衍射(XRD)圖譜;
圖4為實(shí)施例2轉(zhuǎn)化后CeOCl納米花形結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片;
圖5為實(shí)施例3轉(zhuǎn)化后CeOCl納米楓葉形結(jié)構(gòu)的X-射線衍射(XRD)圖譜;
圖6為實(shí)施例3轉(zhuǎn)化后CeOCl納米楓葉形結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片;
圖7為實(shí)施例4轉(zhuǎn)化后CeOBr納米立方體結(jié)構(gòu)的X-射線衍射(XRD)圖譜;
圖8為實(shí)施例4轉(zhuǎn)化后CeOBr納米立方體結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。下述各實(shí)施例中所涉及到的CeO2納米顆粒甲苯溶液為依據(jù)S, Yang. ;L, Gao. J. AM.《CHEM. SOC.》2006,128,9330-9331所提供的水熱法合成。實(shí)施例I首先將水熱法合成的15ml含有O. 125mmolCe02納米顆粒甲苯溶液轉(zhuǎn)移到50ml 離心管中,IOOOrpm離心10分鐘。將沉淀分散在IOml甲苯中,隨后加入30ml乙醇溶液, 8000rpm離心10分鐘。將洗漆后的CeO2的納米顆粒分散于30ml十八烯中,得到O. 004mmol/ ml的CeO2溶液;然后轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十四烷基三甲基氯化銨,
O.77mmol 1,2-十六燒二醇和2. 5ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱器加熱至260°C,保溫2小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻至室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮,8000rpm離心10分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,經(jīng)過(guò)超聲分散后8000rpm離心10分鐘,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀分散在5ml甲苯中轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心得到的沉淀每次都分散于5ml甲苯中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘; 重復(fù)5次。最終得到粒徑大小約為14nm的CeOCl納米立方體顆粒。圖I是合成的CeOCl納米立方體顆粒的X-射線衍射譜,橫坐標(biāo)為2θ角的度數(shù), 縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。所得到的CeOCl納米立方體顆粒衍射峰所對(duì)位置的數(shù)據(jù)與CeOCl的標(biāo)準(zhǔn) X-射線衍射數(shù)據(jù)相符合,可以說(shuō)明通過(guò)本專(zhuān)利所描述的合成方法合成了 CeOCl納米立方體顆粒。圖2是合成的CeOCl納米立方體顆粒的透射電子顯微鏡圖片,可以看出合成的納米立方體顆粒徑大小約為14nm,納米顆粒尺寸均勻。實(shí)施方式2將洗滌后的CeO2納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十四烷基三甲基氯化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,I. 25ml油酸和
I.25ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至260°C,保溫I小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮 8000rpm離心10分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后8000rpm 離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中, 再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為60nm左右的CeOCl納米花形顆粒。圖3是合成的CeOCl納米花形顆粒的X-射線衍射譜,橫坐標(biāo)為2θ角的度數(shù),縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。所得到的CeOCl納米花形顆粒衍射峰所對(duì)位置的數(shù)據(jù)與CeOCl的標(biāo)準(zhǔn)X-射線衍射數(shù)據(jù)相符合,可以說(shuō)明通過(guò)本專(zhuān)利所描述的合成方法可以合成CeOCl納米花形顆粒。圖4是合成的CeOCl納米花形顆粒的透射電子顯微鏡圖片,可以看出合成的納米花形顆粒徑大小約為60nm,納米顆粒尺寸均勻。實(shí)施例3將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十四烷基三甲基氯化銨,I. 54mmol的1,2_十六烷二醇,I. 25ml油酸和 1.25ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至260°C,保溫I小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮 8000rpm離心10分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后8000rpm 離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中, 再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為40nm左右的CeOCl納米楓葉形顆粒。圖5是合成的CeOCl納米楓葉形顆粒的X-射線衍射譜,橫坐標(biāo)為2θ角的度數(shù),縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。所得到的CeOCl納米楓葉形顆粒衍射峰所對(duì)位置的數(shù)據(jù)與CeOCl的標(biāo)準(zhǔn)X-射線衍射數(shù)據(jù)相符合,可以說(shuō)明通過(guò)本專(zhuān)利所描述的合成方法可以合成CeOCl納米楓葉形顆粒。圖6是合成的CeOCl納米花形顆粒的透射電子顯微鏡圖片,可以看出合成的納米楓葉形顆粒徑大小約為40nm,納米顆粒尺寸均勻。實(shí)施例4將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十四烷基三甲基溴化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,2. 5ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至300°C,保溫8小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮8000rpm離心10 分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后SOOOrpm離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶瓶中,再加入 15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中,再加入15ml 丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小為40 IOOnm的CeOBr 納米顆粒。圖7是合成的CeOBr納米顆粒的X-射線衍射譜,橫坐標(biāo)為2θ角的度數(shù),縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。所得到的CeOBr納米顆粒衍射峰所對(duì)位置的數(shù)據(jù)與CeOBr的標(biāo)準(zhǔn)X-射線衍射數(shù)據(jù)相符合,可以說(shuō)明通過(guò)本專(zhuān)利所描述的合成方法可以合成CeOBr納米形顆粒。圖8是合成的CeOBr納米立方體形顆粒的透射電子顯微鏡圖片。實(shí)施例5將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十六烷基三甲基氯化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,2. 5ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至260°C,保溫2小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮8000rpm離心10 分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后SOOOrpm離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶瓶中,再加入 15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中,再加入15ml 丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為14nm的CeOCl納米顆粒。實(shí)施例6將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十六烷基三甲基溴化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,2. 5ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至300°C,保溫8小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮8000rpm離心10 分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后SOOOrpm離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶瓶中,再加入 15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中,再加入15ml 丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為40 IOOnm的CeOBr 納米顆粒。實(shí)施例7
將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十六烷基三甲基氯化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,I. 25ml油酸和
I.25ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至300°C,保溫8小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻到室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml 丙酮8000rpm離心10分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后 8000rpm離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至 20ml玻璃瓶瓶中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于 5ml甲苯中,再加入15ml丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為60nm的CeOCl納米顆粒。實(shí)施方式8將洗滌后的Ce02納米顆粒分散于30ml十八烯中,轉(zhuǎn)移到50ml三口燒瓶中。隨后分別加入O. 37mmol十四烷基三甲基氯化銨,O. 77mmol 1,2-十六烷二醇,2. 5ml油胺。在氮?dú)獗Wo(hù)下,用磁力加熱攪拌器加熱至200°C,保溫2小時(shí)。計(jì)時(shí)保溫結(jié)束后,冷卻至室溫。取出30ml反應(yīng)物分別轉(zhuǎn)移到離心管中,每支離心管中15ml,加入30ml丙酮8000rpm離心10 分鐘,倒出上層清液。在離心后沉淀中加入45ml乙醇,超聲分散后SOOOrpm離心,離心后倒出上層清液。將離心后的沉淀加入5ml左右的甲苯分散后轉(zhuǎn)移至20ml玻璃瓶中,再加入 15ml丙酮3000rpm離心10分鐘。將離心下的沉淀每次都分散于5ml甲苯中,再加入15ml 丙酮3000rpm離心10分鐘;重復(fù)該步驟6次。最終得到粒徑大小約為14nm的CeOCl納米立方體顆粒。
權(quán)利要求
1.一種CeOCl納米顆粒的制備方法,其特征在于包括下述步驟1)首先將用水熱法合成的15ml 30ml含有CeO2納米顆粒甲苯溶液在1000 3000rpm 下離心8 12分鐘,取上清液;向上清液中加入20 30ml乙醇,在6000 8000rpm離心 8 12分鐘,取離心沉淀物;將得到的離心沉淀物分散在10 15ml甲苯中,然后加入25 35ml乙醇,6000 8000rpm條件下離心8 12分鐘,得到的沉淀物即為CeO2納米顆粒;上述CeO2納米顆粒甲苯溶液中CeO2的含量為O. 125 O. 25mmol ;將上述CeO2納米顆粒分散于20 30ml十八烯中,得到濃度為O. 004 O. 008mmol/ml 的CeO2溶液;2)向CeO2溶液中加入含鹵素源物質(zhì)、還原劑和保護(hù)劑,得到反應(yīng)混合體系,在氮?dú)獗Wo(hù)下用磁力加熱器攪拌加熱到200 300°C,保溫O. 5 8小時(shí);3)保溫結(jié)束后取IOml反應(yīng)混合體系,加入30 40ml丙酮,6000 8000rpm下離心 8 12分鐘;向離心沉淀中加入30 45ml乙醇溶液,超聲分散后,6000 8000rpm rpm下離心8 12分鐘,取沉淀物;4)將離心得到的沉淀物分散在3 8ml甲苯中,加入15 20ml丙酮,3000 4000rpm 下離心8 12分鐘,取沉淀物;5)將步驟4)重復(fù)5 6次,最后一次得到的沉淀物即為CeOCl納米顆粒;上述還原劑為1,2-十六烷二醇,用量為0 1.5411111101 ;所述的保護(hù)劑為油胺或油胺和油酸的混合物;單獨(dú)使用油胺為保護(hù)劑時(shí),用量為O.5 2. 5mmol ;使用油酸和油胺的混合物為保護(hù)劑時(shí),5 >油胺(ml):油酸(ml) > I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的CeOCl納米顆粒的制備方法,其特征在于所述的含鹵素源物質(zhì)選自十四烷基三甲基氯化銨,十四烷基三甲基溴化銨,十六烷基三甲基氯化銨或十六烷基三甲基溴化銨。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種CeOCl納米顆粒的制備方法,其特征在于包括下述步驟將用水熱法合成的含有CeO2納米顆粒甲苯溶液離心,向上清液中加入乙醇,得到的離心沉淀物分散在甲苯中,然后加入乙醇離心,得到的CeO2納米顆粒分散于十八烯中,得到CeO2溶液;向CeO2溶液中加入含鹵素源物質(zhì)、還原劑和保護(hù)劑,得到反應(yīng)混合體系,在氮?dú)獗Wo(hù)下用磁力加熱器攪拌加熱、保溫;保溫結(jié)束后取加入丙酮離心,將沉淀物分散在甲苯中,加入丙酮反復(fù)離心洗滌,即得到CeOCl納米顆粒。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供了一種新的納米顆粒合成方法,其能夠在溶液中通過(guò)陰離子交換對(duì)已給納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化并可控合成新納米結(jié)構(gòu),即對(duì)已給二元納米顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)化可控合成三元納米顆粒,該方法可拓展到相似納米顆粒以及多元復(fù)雜納米顆粒的合成中。
文檔編號(hào)C01F17/00GK102583494SQ201210040200
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者周生虎, 李磊磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所