具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有空心十四面体结构的多元氟化物材料，通过以下方法制得：将三种金属硝酸盐溶剂于去离子水中，搅拌获得澄清的水溶液；用稀硝酸和氨水调节溶液的pH值到一定值，接着加入氟化物溶液并剧烈搅拌10分钟，最后转入反应釜，在一定温度下加热24小时后，收集产物并在80°C干燥10小时。本发明材料内部孔径大，晶体壁薄，有着非常大的应用前景，且制备工艺简单，原料廉价易取，适用于工业化生产。
【专利说明】具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料
【技术领域】
[0001]本发明属于无机微纳米材料领域，具体涉及一种具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料。
【背景技术】
[0002]具有高比表面积的空心结构的无机材料在催化剂负载、药物缓释、气体存储及隔热保温等领域有着优异的表现及极大的应用前景。二十一世纪是材料科学的时代，随着科技飞速发展，传统材料已经不能满足人们对物质性质越来越高的要求，特别是现代材料的物理化学性质，尤其受到人们的关注，这就要求我们在分子水平上对材料的组成、结构、形貌等加以调控，这为新材料的基础研究提供了巨大的推动力。人们在分子水平上合成具有空心结构无机材料时，尝试了大量方法，例如水热法、溶剂热法、化学气相法、物理气相法等等，但是，“绿色化学”的出现为化学研究提出了更高的要求，注重化学合成的环保、经济、简单、可行，因此利用一种简单、可控、低消耗、零污染的方法合成具有空心结构的无机材料有着非常重要的意义。
[0003]模板技术是制备空心结构无机材料的一种有效手段。通常采用的模板包括硬模板、软模板；其中硬模板主要是形貌可控，单分散性好的二氧化硅微球，聚苯乙烯微球以及氧化锌微纳米棒等；软模板主要利用各种表面活性剂或有机聚合物如聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵，聚醚酰亚胺形成的微乳作为模板。这些方法在获得具有空心结构无机材料时都要采用适当的方法去除模板，例如用氢氟酸侵蚀，高温烧结，光催化等分解模板，但是在去掉模板过程中，很容易由于材料壁太薄，机械强度不够而导致空心结构的坍塌。无模板技术合成空心结构 无机材料无需模板去除过程，方法简单，绿色环保，同时无模板技术能耗低，原材料廉价易得，过程简单可控，为工业化生产提供了极其优越的条件，所以开发无模板技术以合成空心结构无机材料具有重要的理论价值和应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料，采用简单可控的水热法制备得到，无需任何表面活性剂，螯合剂及其它任何有机试剂，也不需要苛刻的反应条件，更不需要进一步的高温煅烧或化学侵蚀。反应得到的具有空心结构的无机六氟化锂钙铝材料不仅拥有大空腔内径，而且具有纳米级的壁厚，具有优异的性能。
[0005]一种具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料，通过以下方法制备得到:
[0006]将三种金属硝酸盐溶解于水形成澄清的硝酸盐溶液，在室温下调节pH到一定值，然后在室温下加入氟化物溶液，同时不断剧烈搅拌10分钟，然后转入反应釜，在一定温度下加热24小时后，收集产物并在80° C下干燥10小时。
[0007]所述的金属硝酸盐分别是硝酸锂、硝酸铝、硝酸钙；所述的氟化物溶液为氟化铵溶液；
[0008]所述的金属硝酸盐的重量为所述的反应溶液重量的1.91%，所述的氟化物的重量为所述反应溶液重量的0.621%。
[0009]优选的技术方案中，所述的硝酸锂、硝酸铝、硝酸钙的重量分别为所述反应溶液重量的 0.019%—0.38%, 1.03%, 0.59%。
[0010]优选的技术方案中，所述的稀硝酸的质量分数为5% —10%。
[0011]优选的技术方案中，所述的氨水的质量分数为5% — 8%。
[0012]优选的技术方案中，所述的溶液的pH值调到3.0。
[0013]优选的技术方案中，所述氟化物溶液的质量分数为2.18%。
[0014]优选的技术方案中，所述的反应爸体积为45mL。
[0015]优选的技术方案中，所述的反应温度为220-240° C。
[0016]优选的技术方案中，所述的收集产物采用离心分离或过滤来实现。进一步优选离心分离，所述的离心分离条件为:离心机转速3500— 5000转/分钟，离心时间为8 —10分钟。
[0017]所述的产物经过X-射线晶体衍射分析证明为六氟化锂钙铝。所述的产物经扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析等证实为空心结构，所述的空心结构的六氟化锂钙铝粒径约为800nm空腔内径约为680nm。
[0018]本发明中，锂离子、铝离子、钙离子在剧烈搅拌的情况下与氟化铵反应生成沉淀并且出现微纳米球，然后在水热条件下，逐渐形成多面体，随着反应时间的增加，多面体内外部发生晶体反向生长:多面内部晶粒不断溶解，同时在多面体微晶表面结晶，随着反应时间的进一步增加，最后形成具有巨大内部空心结构的多面体微晶颗粒。因而通过这种非常简便可控的方法可以获得具有空心结构的六氟化锂钙铝材料。
[0019]与现有的技术相比，本发明具有以下有益的技术成果:
[0020]1.本发明的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料，多面体内部空间大，在催化剂负载、药物缓释、气体存储及隔热保温等领域有着极大的应用前景。
[0021]2.本发明的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料，不采用任何模板，因而无需进一步的高温煅烧或化学侵蚀去除模板。
[0022]3.本发明的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料，无需表面活性剂，螯合剂及任何其它有机试剂，绿色环保、成本低、无污染、反应条件温和、原材料廉价易取、方法简便可控，适用于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为实施例1制备的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的X-射线粉末衍射谱图。
[0024]图2为实施例1制备的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的扫描电子显微镜照片。
[0025]图3为实施例1制备的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的透射电子显微镜照片。
具体事例方式
[0026]下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
[0027]实施例1[0028]分别称取0.2362g水合硝酸钙、0.1380g水合硝酸锂、0.3752g水合硝酸铝溶解于25mL去离子水中，搅拌溶解得到澄清溶液，在室温下用pHS-25型pH仪，通过添加稀硝酸(5%)和稀氨水(5%)调节溶液pH到3.0，然后在室温下加入IOmL质量分数为2.18%氟化铵溶液，并剧烈搅拌10分钟，得到乳白色溶液，接着将溶液转入45mL具有聚四氟乙烯内胆的反应釜中并密封，在225° C下反应24小时，等反应釜冷却到室温后，得到的黄色沉淀，5000转/分钟下离心收集后用去离子水清洗，先超声5分钟，再在5000转/分钟下离心10分钟，如此重复三次,再用无水乙醇清洗一次,超声5分钟，5000转/分钟下离心10分钟,最终将产物在80° C下干燥10小时，得到具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料。[0029]图1为上述实施例制得的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的X-射线粉末衍射谱图，谱图中样品的衍射峰与标准卡片完全吻合且没有杂峰出现，证明成功制得了六氟化锂钙铝材料，且该物质属于六方晶系。
[0030]上述实施例制得的具有空心十四面体结构的六氟化锂钙铝材料的扫描电镜图片(参加图2)和透射电镜图片(参加图3)中观察到了粒径约为800nm，壁厚约为70nm，空腔内径为680nm十四面体六氟化锂钙铝微晶。
【权利要求】
1.一种具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，通过以下方法制备得到: 将三种金属硝酸盐溶解于去离子水中，搅拌获得澄清的水溶液；用稀硝酸和稀氨水调节溶液的PH值到一定值，接着加入氟化物溶液并剧烈搅拌10分钟，最后转入反应釜，在一定温度下加热24小时后，收集产物并在80° C干燥10小时； 所述的金属硝酸盐分别是硝酸锂、硝酸铝、硝酸钙；所述的氟化物溶液为氟化铵溶液； 所述的金属硝酸盐的重量为所述的反应溶液重量的1.91%，所述的氟化物的重量为所述反应溶液重量的0.621%。
2.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的硝酸锂、硝酸铝、硝酸钙的重量分别为所述反应溶液重量的0.019%—0.38%，1.03%,0.59%ο
3.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的稀硝酸的质量分数为5%—10%ο
4.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的氨水的质量分数为5% — 8%。
5.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的溶液的PH值调到3.0。
6.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述氟化物溶液的质量分数为2.18%。
7.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的反应爸体积为45mL。
8.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的反应温度为220-240° C。
9.如权利要求1所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的收集产物采用离心分离或过滤来实现。
10.如权利要求9所述的具有空心十四面体结构的六氟锂钙铝材料，其特征在于，所述的离心分离条件为:离心机转速3500— 5000转/分钟，离心时间为8 —10分钟。
【文档编号】C01F7/54GK103570050SQ201210347022
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2012年9月19日
【发明者】贾佩云, 孙元平 申请人:东北林业大学, 贾佩云, 孙元平