二氧化鈰納米顆粒50nm的制備方法有哪些
2025-10-21
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二氧化鈰納米顆粒(50nm)的制備方法主要包括溶膠-凝膠法、水熱法、共沉淀法和微乳液法,這些方法通過控制反應條件(如溫度、pH值、反應時間等)可實現粒徑和形貌的精準調控。以下是具體制備方法及操作要點:
一、溶膠-凝膠法
原理:以鈰鹽(如硝酸鈰或氯化鈰)為原料,通過與絡合劑(如檸檬酸或乙二醇)的水解縮聚反應形成溶膠,經干燥、焙燒后得到納米顆粒。
操作步驟:
原料準備:選用純度≥99.9%的硝酸鈰(Ce(NO?)?·6H?O)或氯化鈰(CeCl?·7H?O),配制成0.1-0.5mol/L的水溶液。檸檬酸與鈰離子的摩爾比控制在1.5:1-2:1,以抑制粒子團聚。
溶膠制備:將硝酸鈰溶液緩慢滴入檸檬酸溶液中(滴加速度2-3mL/min),同時攪拌(轉速300-400r/min),溫度控制在60-80℃。持續攪拌2-4小時,形成透明均一的溶膠。
凝膠與熱處理:將溶膠轉移至培養皿中,60-70℃干燥12-24小時形成多孔凝膠。預處理(100-120℃干燥4-6小時)后,放入馬弗爐以5-10℃/min的速率升溫至500-700℃,保溫2-4小時,最終得到粒徑10-30nm的二氧化鈰納米顆粒(通過調整焙燒溫度和時間可接近50nm)。
二、水熱法
原理:在高溫高壓水溶液中,通過鈰鹽的水解和氧化還原反應生成納米顆粒。
操作步驟:
反應體系構建:以硝酸鈰銨((NH?)?Ce(NO?)?)為鈰源,配制成0.05-0.2mol/L的溶液,加入氫氧化鈉或氨水調節pH值至9-11,形成氫氧化鈰前驅體。可加入聚乙二醇(PEG-6000)作為分散劑(用量為鈰源質量的1%-2%)。
反應條件控制:將前驅體溶液轉移至高壓反應釜中,填充度70%-80%,放入烘箱設置溫度160-200℃,反應時間8-12小時。反應結束后自然冷卻至室溫(約6-8小時)。
產物純化:離心(轉速8000-10000r/min)收集沉淀,用去離子水洗滌3-4次,無水乙醇洗滌1-2次,50-60℃真空干燥6-8小時,得到粒徑可通過反應溫度和時間控制的二氧化鈰納米顆粒(溫度越高、時間越長,粒徑越大)。
三、共沉淀法
原理:通過鈰鹽與沉淀劑(如碳酸氫銨或氨水)的復分解反應生成前驅體,經洗滌、干燥、焙燒后得到納米顆粒。
操作步驟:
沉淀制備:選用碳酸鈰(Ce?(CO?)?)或草酸鈰(Ce?(C?O?)?)作為前驅體,配制成0.1-0.3mol/L的懸浮液。加入碳酸氫銨(摩爾比3:1-4:1),滴加速度1-2mL/min,攪拌(轉速200-300r/min),溫度20-25℃。滴加完畢后繼續攪拌1-2小時。
后處理:抽濾收集沉淀,用去離子水洗滌至pH值6.5-7.5。100-120℃干燥4-6小時,400-600℃焙燒3-5小時(升溫速率5℃/min),得到粒徑20-50nm的二氧化鈰納米顆粒。
四、微乳液法
原理:利用表面活性劑形成的微乳液滴作為納米反應器,限制粒子生長。
操作步驟:
微乳液制備:表面活性劑(如AEO-3)、助表面活性劑與油相(正辛烷)的質量比為1:2:8-1:3:10,混合后攪拌30分鐘形成透明均一的微乳液。將硝酸鈰溶液(0.1mol/L)緩慢加入,水與表面活性劑的摩爾比(W值)控制在5-15,攪拌1小時。
粒子制備與分離:滴加氨水(2mol/L)調節pH值至8-9,繼續攪拌2小時。加入無水乙醇破乳,離心(8000r/min,20分鐘)收集沉淀。用乙醇和去離子水交替洗滌3-4次,60℃真空干燥8小時,500℃焙燒3小時,得到粒徑可通過調節W值控制的二氧化鈰納米顆粒(W值越小,粒徑越小,通常為5-15nm,但通過優化條件可接近50nm)。
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