纳米球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料制备领域，特别涉及一种Pr2Sn2O7纳米球的制备方法。
【背景技术】
[0002]在纳米结构设计中，由多个纳米晶团聚组成的介孔纳米/微米小球受到越来越多的关注。这种结构的材料具有可以调控的孔结构、较大的比表面积、较好的结晶性、较低的密度、可控的表面渗透性以及特殊的物理化学活性，在光电化学和催化等领域具有潜在应用。至今为止，国内外的科研工作者合成了大量的介孔纳米/微米小球，例如常见的二元氧化物Ti02、Sn02、ZnO、CuO、Cu2O等，并广泛应用于催化、传感等领域，特殊的结构大大提高了材料的性能。与二元氧化物相比，由于在原子层次上调控多种成分生长的难度较大，复杂化合物(如三元氧化物)介孔纳米/微米小球的合成受到限制。
[0003]三元氧化物中，烧绿石(pyrochLore)结构氧化物是具有离子导电性、铁电铁磁、催化性等多种物理化学性能的新型无机复合材料，已成为固态物理、材料化学和催化化学等领域的研究热点。与常见的二元氧化物相比，烧绿石结构氧化物的制备方法非常单一，多数采用传统高温固相法，该法耗时长能耗高，且产物往往含有杂质、形貌不规则、颗粒较大、粒度分布宽等。这限制了其在光电化学、催化、传感等性能的提高。
[0004]Pr2Sn2O7是一种典型的烧绿石结构，具有高的化学稳定性、高熔点、相对较低的传导温度、优良的离子导电性能。但是，由于Sn4+非常容易发生水解，以及Sn4+和Pr 3+之间的物理化学性质差异很大，所以用一般制备纳米材料的低温液相方法，如溶胶-凝胶法、硬脂酸络合法、共沉淀法、微乳液法等方法来制备烧绿石锡酸盐纳米结构材料比较困难。因此，需要开发新的Pr2Sn2O7纳米材料制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种Pr2Sn2O7纳米球的制备方法，该方法采用溶剂热方法，在较低温度条件下合成出Pr2Sn2O7纳米球，简单易行，避免了传统烧绿石结构材料固相合成中的高温烧结工艺。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种Pr2Sn2O7纳米球的制备方法，包括以下步骤:首先将醋酸镨和四氯化锡加入一定比例的乙二胺或者乙二胺与水的混合溶剂中，分散均匀得到混合液；然后在160~200°C下反应；最后经过离心分离、洗涤和干燥，得到Pr2Sn2O7纳米球。
[0007]所述醋酸镨和四氯化锡的摩尔比为25，所述混合液中醋酸镨和四氯化锡的摩尔浓度均为0.067-0.200 moL/Lo
[0008]所述混合溶剂中，乙二胺和水的体积比为14:1~2:1。
[0009]将所述醋酸镨和四氯化锡加入乙二胺或者乙二胺与水的混合溶剂中，磁力搅拌0.5~1 h以分散均匀。
[0010]所述反应的反应时间为12~48 h。
[0011]所述洗涤，分别采用水和乙醇对产品洗涤。
[0012]所述干燥采用烘箱干燥，干燥温度为60~80°C，时间为8~24 h。
[0013]本发明的有益效果:
1)采用溶剂热方法，制备条件温和，不需高温烧结，工艺简单节能，；
2)本发明制备方法可得到立方晶型的Pr2Sn2O7纯相，制备的Pr2Sn207纳米球，直径约为20-50 nm，纳米球由许多大小~5 nm的纳米颗粒组成，孔径大小约为4 nm ；
3)与固相烧结样品SSR-Pr2Sn2O7相比，Pr2Sn207纳米球对乙醇表现出更高的灵敏度；
4)Pr2Sn2O7纳米球在气体传感、紫外发光、光催化等领域具有大的应用潜力。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例1产品的XRD图。
[0015]图2是本发明实施例1产品的电镜图，其中，(a) (b)为FE-SEM图，(C)为TEM图，(d)为 HRTEM 图。
[0016]图3是本发明实施例1产品的紫外-可见吸收光谱图。
[0017]图4是本发明实施例1产品的队吸附-脱附曲线，插图为其孔径分布图。
[0018]图5是本发明实施例2产品的XRD和SEM图。
[0019]图6是本发明实施例3产品的SEM图。
[0020]图7是本发明实施例1制备的Pr2Sn2O7气敏传感器对不同浓度乙醇的响应曲线图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
[0022]实施例1
(1)将ImmoL醋酸镨和I mmoL四氯化锡加入到15 mL乙二胺溶剂中，采用磁力搅拌0.5h，得到悬浊液；
(2)将悬浊液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，升温至180°C，反应24h，反应完后随炉冷却；
(3 )将反应产物离心分离，得到固体粉末，接着依次用蒸馏水、乙醇洗涤，然后在60°C下干燥24 h，得到介孔Pr2Sn2O7纳米球。
[0023]采用X射线光衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产品进行分析。
[0024]图1 (a)是实施例1产品的XRD图，图1 (b) (c)分别是Pr2Sn2O7晶体结构的球棍模型和多面体模型。结果表明本实施例产品是立方晶型的Pr2Sn2O7纯相。
[0025]图2 (a) (b)为实施例1产品的FE-SEM图，图2 (C)为实施例1产品的TEM图，图2 Cd)为单个纳米颗粒的高分辨HRTEM图。从图中可以看出，实施例1产品的直径约为20-50 nm，大小均匀，小球为多个大小为5 nm的颗粒组成；晶格条文清晰，结晶良好。
[0026]图3为实施例1产品的紫外-可见吸收光谱图，其吸收峰约为296 nm (带隙值约为4.19 eV);该产品在可见光范围内出现了几个较强的吸收峰，分别在大约443 nm (2.80eV)，470 nm (2.64 eV)，483 nm (2.57 eV)和 582 nm (2.13 eV)处，这是由于镨元素的特征吸收峰。
[0027]图4是实施例1制备的介孔Pr2Sn2O7纳米球的N 2吸附-脱附曲线，插图为其孔径分布图。从图中可以看出，实施例1产品的孔径大小约为4 nm。
[0028]实施例2
(1)将2mmoL醋酸镨和2 mmoL四氯化锡加入到1mL乙二胺和水的混合溶剂中，其中乙二胺和水的体积比为14:1，采用磁力搅拌I h，得到悬浊液；
(2)将悬浊液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，升温至200°C，反应12h，反应完后随炉冷却；
(3 )将反应产物离心分离，得到固体粉末，接着依次用蒸馏水、乙醇洗涤，然后在70°C下干燥12 h，得到介孔Pr2Sn2O7纳米球。
[0029]制得的产品与实施例1基本一致，颗粒更为细小，其XRD图和SEM图如图5 (a)、(b)所示。
[0030]实施例3
(1)将ImmoL醋酸镨和1.25 mmoL四氯化锡加入到1mL乙二胺和水的混合溶剂中，其中乙二胺和水的体积比为2:1，采用磁力搅拌lh，得到悬浊液；
(2)将悬浊液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，升温至160°C，反应48h，反应完后随炉冷却；
(3 )将反应产物离心分离，得到固体粉末，接着依次用蒸馏水、乙醇洗涤，然后在80°C下干燥8h，得到介孔Pr2Sn2O7纳米球。
[0031 ] 制得的产品与实施例1基本一致，其SEM图如图6所示。
[0032]实施例4
以实施例1制备的介孔Pr2Sn2O7纳米球测试其气敏性能。具体为:介孔Pr 2Sn207纳米球和固相烧结SSR-Pr2Sn2O7样品分别与一定量的无水乙醇混合成糊状。将Pr 2Sn207糊均匀致密地涂在有四个Pt电极的Al2O3微米管上后，将其焊接在基座上。气敏性测试在昆明贵研金峰科技有限公司生产的JF02E系统上进行。测试浓度范围100~600 ppm，温度300°C，控温系统的压强3.0-5.0 V0
[0033]图7为Pr2Sn2O7纳米球样品和固相烧结SSR-Pr 2Sn207气敏传感器对不同浓度乙醇的响应曲线图。当乙醇浓度为100 ppm时，Pr2Sn2O7纳米球对乙醇的灵敏度为53.3。随着乙醇浓度从100 ppm增加到到600 ppm时，Pr2Sn2O7纳米球和SSR- Pr 2Sn207的灵敏度分别从53.3增加到74.2以及从11.1增加到32.2。Pr2Sn2O7纳米球表现出比SSR样品更高的灵敏度。
【主权项】
1.一种Pr 2Sn207纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:首先将醋酸镨和四氯化锡加入一定比例的乙二胺或者乙二胺与水的混合溶剂中，分散均匀得到悬浊液；然后在160~200°C下反应；最后经过离心分离、洗涤和干燥，得到Pr2Sn2O7纳米球。2.按权利要求1所述的Pr2Sn207纳米球的制备方法，其特征在于，所述醋酸镨和四氯化锡的摩尔比为1:1~1:1.25，所述悬浊液中醋酸镨和四氯化锡的摩尔浓度均为0.067-0.200moL/L03.按权利要求1所述的Pr2Sn207纳米球的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂中，乙二胺和水的体积比为14:1~2:1。4.按权利要求1或2或3所述的Pr^Sn2O7纳米球的制备方法，其特征在于，将所述醋酸镨和四氯化锡加入乙二胺或者乙二胺与水的混合溶剂中，磁力搅拌0.5~1 h以分散均匀。5.按权利要求1或2或3所述的Pr2Sn207纳米球的制备方法，其特征在于:所述反应的反应时间为12~48 ho6.按权利要求1或2或3所述的Pr2Sn207纳米球的制备方法，其特征在于:所述洗涤，分别采用水和乙醇对产品洗涤。7.按权利要求1或2或3所述的Pr^Sn2O7纳米球的制备方法，其特征在于:所述干燥采用烘箱干燥，干燥温度为60~80 0C，时间为8~24 h。
【专利摘要】本发明涉及一种Pr2Sn2O7纳米球的制备方法，包括以下步骤：首先将醋酸镨和四氯化锡加入一定比例的乙二胺或者乙二胺与水的混合溶剂中，分散均匀得到悬浊液；然后在160~200℃下反应，最后经过离心分离、洗涤和干燥，得到Pr2Sn2O7纳米球。其中，醋酸镨和四氯化锡的摩尔比为1:1~1:1.25；悬浊液中醋酸镨和四氯化锡的摩尔浓度均为0.067~0.2moL/L；采用混合溶剂时，乙二胺和水的体积比为14:1~2:1。本发明采用溶剂热方法，制备条件温和，不需高温烧结，工艺简单节能；本发明制备方法合成的Pr2Sn2O7纳米球直径约为20~50nm，纳米球由多个大小为5nm的纳米颗粒组成；与固相烧结SSR-Pr2Sn2O7相比，Pr2Sn2O7纳米球对乙醇表现出更高的灵敏度。
【IPC分类】B82Y40/00, B82Y30/00, C01G19/00
【公开号】CN105197984
【申请号】CN201510559951
【发明人】刘琪, 冒国兵, 刘荣梅, 张文, 刘宁
【申请人】安徽工程大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月6日