解析稀土化合物納米粒子與納米棒的水熱合成與表征

金鑫（西安文理學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 陜西省西安市 710065）

一、前言

納米材料是自身具有特殊的性能與結(jié)構(gòu)，其被廣泛的應(yīng)用在生物醫(yī)藥、光學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)，一維納米材料，包括納米線、納米管、納米棒等特殊的性質(zhì)，以及其在納米器件方面的應(yīng)用，致使其受到了廣泛的關(guān)注。目前，制備納米棒的方法有許多中，主要包括水熱法、CAD法、SLS法、模板法等，其中水熱法具有純度可控、組成、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，致使其比其他制備納米棒的應(yīng)用更廣泛。稀土化合物在醫(yī)藥、催化、磁性材料、光學(xué)材料等方面的應(yīng)用，而納米稀土化合物納米粒子的宏觀兩字隧道效應(yīng)、截面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等，致使其在化學(xué)活性、催化、熱、詞等方面具有更加優(yōu)異的性能。

二、水熱合成反應(yīng)合成稀土納米粒子和納米棒的原理

水熱原來(lái)是用于地質(zhì)學(xué)中描述地殼中水在壓力和溫度聯(lián)合作用喜愛(ài)的反應(yīng)過(guò)程，隨后越來(lái)越多的化學(xué)反應(yīng)也廣泛的應(yīng)用水熱這一詞匯。水熱法也叫熱液法，屬于化學(xué)法的范圍，其指的是以水為溶劑，在密封的壓力容器中，在高壓、高溫的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)會(huì)熱反應(yīng)類(lèi)型的不同，可以將水熱反應(yīng)分為：水熱結(jié)晶、水熱水解、水熱合成、水熱沉淀、水熱還原、水熱氧化等。水熱法的原理為先溶解、再結(jié)晶的原理：即先在水熱介質(zhì)中將營(yíng)養(yǎng)料溶解，保證營(yíng)養(yǎng)料以分子團(tuán)、離子的形式進(jìn)入溶液中，然后通過(guò)一定溫度的反應(yīng)釜，把這些離子團(tuán)、分子團(tuán)、離子等運(yùn)輸?shù)降蜏貐^(qū)，保證其與籽晶的生長(zhǎng)區(qū)進(jìn)行結(jié)晶，例如實(shí)驗(yàn)中的稀土氟化物納米粒子與稀土氫氧化鐠納米棒都是用這種方法制備的，由于兩者在經(jīng)理水熱處理過(guò)程的溶解和重結(jié)晶的形式存在一定的差異，致使其晶體的結(jié)構(gòu)也存在一定的差異，生成不同微觀形狀的納米棒和納米粒子。

三、實(shí)驗(yàn)

1.制備稀土氫氧化鐠納米棒。精確稱(chēng)量氧化鐠3.5g，將其溶解在體積分?jǐn)?shù)為10%的硝酸溶液中，制備澄清透明溶液，然后用10%的氫氧化鉀溶液將其PH值調(diào)節(jié)至11.0-12.0之間，制備得到膠狀沉淀物，把膠狀沉淀物添加到聚四氟乙烯內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜之中，在160℃的密封狀態(tài)下反應(yīng)15個(gè)小時(shí)，經(jīng)過(guò)水熱處理后經(jīng)過(guò)自然冷卻得到沉淀物，然后將沉淀物用去離子水洗滌，然后再用乙醇洗滌，當(dāng)清洗干凈后在60℃下進(jìn)行脫水干燥，得到的產(chǎn)物就是稀土氫氧化鐠納米棒。

2.制備稀土氟化物納米粒子。精確稱(chēng)量氧化鑭3.5g，將其溶解在體積分?jǐn)?shù)為10%的硝酸溶液中，制備澄清透明溶液，然后加入氟化鈉聲場(chǎng)膠狀沉淀物，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鉀溶液將溶液PH值調(diào)節(jié)至3.0-4.0之間，將得到的膠狀混合物添加到聚四氟乙烯內(nèi)膽的熱水反應(yīng)釜之中，在100℃的密封狀態(tài)下反應(yīng)15個(gè)小時(shí)，經(jīng)過(guò)水熱處理后經(jīng)過(guò)自然冷卻得到沉淀物，將沉淀物用去離子水洗滌，再用乙醇洗滌，當(dāng)洗滌干凈后在60℃下進(jìn)行脫水干燥，得到的產(chǎn)物就是稀土氟化物納米粒子。

3.表征。利用Thermo ARL SCINTAG TRA X射線衍射儀就進(jìn)行X射線衍射分析，采用Cu Kα輻射，λ=0.15406nm。管流45m A，管壓為50kV，采用步進(jìn)掃描，步長(zhǎng)為0.02°，步掃時(shí)間為2秒，然后利用透射電鏡和發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行觀察，然后再用Thermo Noran VANTAGESI能譜儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行掃描，然后進(jìn)行結(jié)果分析。

四、結(jié)果與分析

1.氫氧化鐠納米棒的表征。經(jīng)過(guò)用發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡的觀察，發(fā)現(xiàn)水熱合成的氫氧化鐠納米棒長(zhǎng)度差異較大，表現(xiàn)為25nm-260nm，平均長(zhǎng)度為125nm，納米棒直徑相對(duì)均勻，平均直徑為23nm。根據(jù)水熱合成的氫氧化鐠納米棒的TG-DTA分析得知：其在350℃具有吸熱峰，并且氫氧化鐠納米棒在310℃-350℃范圍內(nèi)具有明顯的失重，失重率R=11.3%，經(jīng)過(guò)對(duì)吸熱峰和失重率的分析得知，氫氧化鐠納米棒并沒(méi)有產(chǎn)生其他的吸放熱和其他失重狀況，證明水熱合成的氫氧化鐠納米棒具有很高的純度；根據(jù)水熱合成氫氧化鐠納米棒的XRD衍射峰分析得知：水熱合成的氫氧化鐠為六方晶體，晶胞參數(shù)為c=0.3546nm，a=0.6154nm，經(jīng)過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)卡片的比較，其中并沒(méi)有出現(xiàn)雜峰，僅有氫氧化鐠的衍射峰，表明氫氧化鐠納米棒具有較高的純度。

2.稀土氟化物納米粒子的表征。經(jīng)過(guò)用發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡的觀察，發(fā)現(xiàn)水熱合成的稀土氟化物納米粒子為類(lèi)球形或者球形，在水熱反應(yīng)溫度為100℃，n（Ln）：n（F）=1:3，PH=5.0時(shí)，Sm F3、PrF3納米粒子的平均直徑分別為34.3nm、34.5nm。將稀土氟化物納米驢子的XRD衍射峰和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)卡進(jìn)行比較，并沒(méi)有出現(xiàn)其他的雜峰，這就表明水熱合成的稀土氟化物納米粒子的純度很高。此外，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)水熱合成的稀土氟化物為六方晶型，并且與相應(yīng)的衍射圖片相對(duì)一致，表明稀土氟化物納米粒子的結(jié)晶度很高。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)稀土氟化物納米粒子的表征得知：水熱合成的稀土氟化物納米粒子的平均粒徑為34.4nm，并且其中大部分納米粒子為類(lèi)球形或者球形，并且水熱合成的稀土氟化物納米粒子具有很高的純度與結(jié)晶度；根據(jù)稀土氫氧化鐠納米棒的表征得知：平均長(zhǎng)度為125nm，平均直徑為23nm，水熱合成的氫氧化鐠納米棒為六方晶型，并且氫氧化鐠納米棒具有很高的純度。

[1]韓小斐，趙杰，陳衛(wèi)祥.稀土化合物納米粒子和納米棒的水熱合成和表征[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2007（2）；333-336.

[2]宋旭春，楊娥，鄭遺凡，王蕓.水熱合成Dy（OH）3納米棒和納米帶[A].稀有金屬材料與工程，2007（3）；670-673.