以多孔陽(yáng)極氧化鋁膜為模板水熱制備CePO4納米纖維

王 巍，張軻楠

（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林吉林 132022；2.吉林石化煉油廠，吉林吉林 132021）

以多孔陽(yáng)極氧化鋁膜為模板水熱制備CePO4納米纖維

王 巍1，張軻楠2

（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林吉林 132022；2.吉林石化煉油廠，吉林吉林 132021）

采用水熱法與模板法相結(jié)合的方法，以多孔陽(yáng)極氧化鋁膜為模板，制備了具有納米結(jié)構(gòu)的CePO4。當(dāng)反應(yīng)助劑為乙酸銨時(shí)，得到了CePO4納米纖維。

模板法；水熱法；CePO4

對(duì)于一維納米結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用是建立在對(duì)其性質(zhì)的認(rèn)知基礎(chǔ)之上，而制備出了各種大量且尺寸可控的一維納米結(jié)構(gòu)材料。利用模板法制備一維納米線時(shí)，在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于納米結(jié)構(gòu)會(huì)受到模板中孔道的限制作用，因此模板法實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米線生長(zhǎng)的定向控制作用。同時(shí)，通過(guò)采取各種的化學(xué)手段，可獲得了具有一定直徑和長(zhǎng)度的純凈的納米線，最終使得對(duì)納米線性質(zhì)及特征的研究成為一種可能[1-3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

稱(chēng)量一定量的Ce（NO3）3·6H2O溶于水中，配制濃度為0.1mol/L的（NH4）2HPO4溶液，按照HPO42-與Ce3+摩爾比1∶1的比例，向Ce（NO3）3·6H2O溶液中滴加（NH4）2HPO4溶液，產(chǎn)生了白色絮狀沉淀，向溶液中加入適量的反應(yīng)助劑，然后再向反應(yīng)體系中加入多孔陽(yáng)極氧化鋁膜片，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，置于烘箱中。反應(yīng)完畢，取出多孔陽(yáng)極氧化鋁膜，置于馬弗爐中于550℃煅燒3h。為了得到多孔氧化鋁膜孔道中的CePO4納米纖維，將多孔陽(yáng)極氧化鋁膜用濃度為5%的NaOH溶液溶解，得到了最終目標(biāo)產(chǎn)物CePO4納米纖維。

2 結(jié)果與討論

本文選用了相似反應(yīng)中最常用的反應(yīng)助劑乙酸銨、EDTA和尿素，進(jìn)行了多組對(duì)比試驗(yàn)。探索了不同的水熱溫度、水熱反應(yīng)時(shí)間、不同的反應(yīng)助劑對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物形貌的影響。表1為不同的水熱反應(yīng)條件

表1 不同的水熱反應(yīng)的條件

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同的反應(yīng)助劑會(huì)對(duì)體系中CePO4的最終形貌造成影響，生成具有不同納米形貌的CePO4。通過(guò)反應(yīng)助劑的加入，不但構(gòu)成了pH值緩沖溶液，使得反應(yīng)體系的pH值維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；而且借助于離子基團(tuán)的絡(luò)合作用，對(duì)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生影響，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物形成了不同的形貌。

在反應(yīng)助劑為EDTA的反應(yīng)體系中，最終產(chǎn)物為單分散的納米顆粒狀，顆粒直徑為50～100nm，這與文獻(xiàn)[4]的結(jié)果相一致。

當(dāng)反應(yīng)助劑為尿素時(shí)，體相中得到了塊狀的CePO4納米晶體。這是由于尿素在70℃發(fā)生了分解反應(yīng)：（NH2）2CO+3H2O→2NH4OH+CO2。導(dǎo)致了溶液的pH值維持在較高的水平，不利于六方晶體結(jié)構(gòu)沿著（001）面的定向生長(zhǎng)，因而得到了塊狀晶體覆蓋于多孔陽(yáng)極氧化鋁膜表面，完全阻止了反應(yīng)溶液進(jìn)入多孔陽(yáng)極氧化鋁膜孔道內(nèi)，因而無(wú)法生成CePO4納米線。雖然尿素是常用的均相沉淀劑，但是在本實(shí)驗(yàn)中不適用。

圖1 不同反應(yīng)助劑條件下，多孔陽(yáng)極氧化鋁膜表面CePO4的掃描電鏡照片：（a）EDTA，（b）尿素，（c）乙酸銨。

圖2 單分散的CePO4納米顆粒形成示意圖

在反應(yīng)助劑為乙酸銨的體系中，當(dāng)加入與Ce（NO3）3的摩爾比為1∶20的乙酸銨時(shí)，多孔陽(yáng)極氧化鋁規(guī)則的孔道中有填充物質(zhì)產(chǎn)生，而且該填充物直徑與多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔道內(nèi)徑相一致。

CePO4納米結(jié)構(gòu)在孔道內(nèi)形成是基于多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔道在體相達(dá)到沉淀—溶解平衡以后的毛細(xì)富集作用。因此從理論上來(lái)說(shuō)，較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間有利于反應(yīng)的進(jìn)行。但是多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔道直徑和膜厚都是有限的，長(zhǎng)時(shí)間的酸性腐蝕會(huì)減小多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的厚度。經(jīng)過(guò)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水熱反應(yīng)溫度為120～130℃，反應(yīng)時(shí)間為30～40h時(shí)，即可在多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔道內(nèi)形成CePO4納米纖維。

3 結(jié)論

采用水熱法與模板法相結(jié)合的方法，當(dāng)反應(yīng)助劑為乙酸銨，水熱反應(yīng)溫度為120～130℃，反應(yīng)時(shí)間為30～40h時(shí)，在多孔陽(yáng)極氧化鋁膜的孔道內(nèi)形成直徑均勻的CePO4納米纖維。

[1] Foss Jr C.A.，Hornyak G.L.，Stockert J.A.，Martin C.R.，Adv. Mater，1993，5：135.

[2] Lakshmi B.B.，dorhout P.K.，Martin C.R.，Chem.Mater，1997，9，857.

[3] Parthasarathy R.V.，Phani K.L.N.，Martin C.R.，Adv.Mater，1995，7，896.

[4] Yoshinobu Fujishiro，Journal of Alloys and Compounds，1997，252，103.

Preparation of CePO4Nano Fiber with Porous Anodic Alumina Membrane as Template

Wang Wei，Zhang Ke-nan

using the method of hydrothermal method and template method，the porous anodic alumina film was used as the template to prepare CePO4with nano structure.When the reaction agent for ammonium acetate，obtained CePO4nano fiber.

template method；hydrothermal method；CePO4

TB383.1

B

1003–6490（2016）09–0034–02

2016–09–16

王巍（1980-），女，吉林吉林人，副教授，主要從事材料化學(xué)工作。