一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷材料，涉及一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料及其制备方法，具体涉及一种具有纳米厚度的二维薄片状稀土基钼酸盐陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、稀土钼酸盐re2moo6(re选自la、ce、pr、eu、ho、er、yb或tm)因具有出色的热稳定性、化学稳定性以及较宽的激发带，在催化、发光、能源等领域具有广阔的应用前景。大量研究表明，影响稀土钼酸盐re2moo6性能的主要因素是稀土元素的选择搭配以及晶体的结构形貌。由于不同稀土元素的电子结构差异化，其激发能量的传递和吸收效率也不一样，因此通过优化稀土元素的组成可以弥补稀土钼酸盐re2moo6在性能方面的短板，从而提升材料的整体性能。此外，制备纳米级的re2moo6并调节其晶体结构和形貌，能够获得更大的比表面积，从而暴露更多的活性位点进而提高材料的催化性能和光学性能。

2、目前，常用的re2moo6制备方法主要有高温固相法和沉淀法两种。其中，高温固相法由于原材料丰富以及制备工艺较简单，成为制备re2moo6的常用方法之一。但是由该方法制备出的re2moo6粉末粒径较大(通常都是几微米到几十微米不等)，并且粉末颗粒的形貌不可控。沉淀法可以制备出纳米结构的re2moo6，但是由该方法制备出的re2moo6粉末颗粒存在易团聚、尺寸精度较低等缺陷，因此通常需要复合其它材料才能够得以利用，从而限制了其应用发展。然而，对于具有纳米厚度的二维薄片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的制备尚无报道。

技术实现思路

1、为了改善上述技术问题，本发明提供一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料及其制备方法，本发明通过采用静电纺丝法结合陶瓷化热处理等工艺，制备得到的陶瓷材料呈现出纳米厚度的二维薄片状结构，从而拓宽了其在催化、发光等领域的应用。

2、为了上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料，该陶瓷材料为二维片状结构，优选为形状不规则的二维片状结构，更优选为二维薄片状结构。优选地，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的厚度为5～30nm，例如为5-15nm、10-20nm、20-30nm。

4、根据本发明，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的化学式记为re2moo6，其中：re选自la、y、ce、pr、eu、ho、er、yb、tm中的一种、两种或更多种，优选为上述元素中的五种。

5、优选地，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料中各个稀土元素均匀分布。

6、根据本发明，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料由包括re源、mo源和纺丝助剂的前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体薄膜，再经过陶瓷化热处理制备得到。

7、本发明还提供上述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的制备方法，包括将含有re源、mo源和纺丝助剂的前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体薄膜，再经过陶瓷化热处理制备得到片状稀土基钼酸盐陶瓷材料。

8、根据本发明，所述re源选自含有re元素的盐，优选为含有re元素的硝酸盐；其中：re选自la、y、ce、pr、eu、ho、er、yb、tm中的一种、两种或更多种，优选为上述元素中的五种。

9、根据本发明，所述mo源选自含有mo元素的盐，例如选自mocl5或硝酸钼(mo(no3)2)。

10、根据本发明，所述纺丝助剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。

11、根据本发明，所述前驱体溶液中，纺丝助剂的浓度为1～10％，示例性为1％、2％、5％、8％、10％。

12、根据本发明，所述前驱体溶液采用的溶剂为无水乙醇和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中的至少一种。优选地，当所述溶剂为两种溶剂复配时，二者的质量比为1:(0.5-2)，示例性为1:1.2、1:1.4、1:1.5。

13、根据本发明，所述静电纺丝法的电压为10-20kv，示例性为20kv；所述静电纺丝法的进给速率为0.4-1.2ml/h-1，示例性为0.6ml/h；所述静电纺丝法的纺丝距离为10-15cm，示例性为12cm；所述静电纺丝法的环境的相对湿度为(30±3)％、温度为(25±3)℃。

14、根据本发明，所述陶瓷化热处理的温度为600-800℃，优选为700-800℃，示例性为750℃；所述陶瓷化热处理的恒温时间为1～4h，示例性为2h；所述陶瓷化热处理的升温速率为0.1-5℃/min，示例性为1℃/min。

15、申请人经大量实验意外发现：当陶瓷化热处理的温度为650℃时，所得到的re2moo6陶瓷材料中含有其它物相成分，表明前驱体并未完全转变为re2moo6；当陶瓷化热处理温度升高至700-800℃时，前驱体完全转变成re2moo6；而当陶瓷化热处理的温度高于800℃时，re2moo6晶粒颗粒会明显长大，进而不再呈现出片状结构。因此，在本发明中，陶瓷化热处理的温度优选为700-800℃。

16、根据本发明，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

17、(1)按化学计量比将re源(如re(no3)3·6h2o)和mo源(如mocl5)(re元素与mo元素的摩尔比为2：1)加入到溶剂中，，然后再加入纺丝助剂(如pvp)，得到可静电纺丝的前驱体溶液；

18、(2)将步骤(1)得到的前驱体溶液(装入静电纺丝机中)进行纺丝，待纺丝结束后收集得到前驱体薄膜；

19、(3)将步骤(2)制备得到的前驱体薄膜干燥、陶瓷化热处理，待热处理结束后得到片状re2moo6陶瓷材料。

20、在本发明的一个实施方式中，所述干燥的温度为40～100℃，示例性为60℃。

21、本发明还提供上述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料在催化、发光、能源等领域中的应用。

22、本发明还提供一种催化剂，其含有上述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料。

23、本发明的有益效果:

24、本发明采用静电纺丝法与陶瓷化热处理相结合的工艺方法，首次成功制备出了片状稀土基钼酸盐陶瓷材料。本发明制备得到的片状稀土基钼酸盐陶瓷材料具有纳米厚度且能够可控调节片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的厚度，以获得更大的比表面积，从而暴露更多的活性位点以提高材料的催化性能和光学性能。相较于现有的制备方法，本发明有效解决了纳米钼酸盐陶瓷粉末颗粒易团聚、尺寸精度较低等不足。

技术特征：

1.一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料为二维片状结构，优选为二维薄片状结构。

2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的化学式记为re2moo6，其中：re选自la、ce、pr、eu、ho、er、yb、tm中的一种、两种或更多种，优选为上述元素中的五种。

3.权利要求1-3任一项所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将含有re源、mo源和纺丝助剂的前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到前驱体薄膜，再经过陶瓷化热处理制备得到片状稀土基钼酸盐陶瓷材料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述re源选自含有re元素的盐，优选为含有re元素的硝酸盐；其中：re选自la、y、ce、pr、eu、ho、er、yb、tm中的一种、两种或更多种，优选为上述元素中的五种。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝助剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝法的电压为10-20kv；所述静电纺丝法的进给速率为0.4-1.2ml/h-1；所述静电纺丝法的纺丝距离为10-15cm。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷化热处理的温度为600-800℃，优选为700-800℃；所述陶瓷化热处理的恒温时间为1～4h；所述陶瓷化热处理的升温速率为0.1-5℃/min。

8.如权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

9.权利要求1-2任一项所述的片状稀土基钼酸盐陶瓷材料和/或权利要求3-7任一项所述的制备方法制备得到的片状稀土基钼酸盐陶瓷材料在催化、发光、能源等领域中的应用。

10.一种催化剂，其特征在于，其含有权利要求1-3任一项所述的片状稀土基钼酸盐陶瓷材料和/或权利要求3-7任一项所述的制备方法制备得到的片状稀土基钼酸盐陶瓷材料。

技术总结
本发明公开一种片状稀土基钼酸盐陶瓷材料及其制备方法，所述陶瓷材料的化学式为Re<subgt;2</subgt;MoO<subgt;6</subgt;，其中稀土元素Re选自La、Ce、Pr、Eu、Ho、Er、Yb、Tm中的一种、两种或更多种。本发明的陶瓷材料采用静电纺丝法制备得到，具体包括如下步骤：(1)将稀土盐、金属钼盐、纺丝助剂和纺丝溶剂混合，配制成可静电纺丝的前驱体溶液，然后采用静电纺丝法将前驱体溶液转变成前驱体薄膜；(2)将上述前驱体薄膜烘干，然后置于马弗炉中陶瓷化热处理，得到具有薄片状结构的稀土基钼酸盐陶瓷材料。本发明能够可控调节片状稀土基钼酸盐陶瓷材料的厚度，以获得更大的比表面积，从而暴露更多的活性位点以提高材料的催化性能和光学性能。

技术研发人员：黄民忠,杨帆,邓奇勇
受保护的技术使用者：厦门稀土材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6