[发明专利]稀土金属氢氧化物或钒酸盐纳米材料的制备方法及应用

说明书

【技术领域】：本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种离子液体辅助水热法可控制备稀土金属氢氧化物或钒酸盐纳米材料的方法及应用，通过调控反应的实验参数可选择性制备稀土金属氢氧化物或钒酸盐的零维/一维/二维纳米材料。

【背景技术】：稀土金属氢氧化物和钒酸盐中因稀土原子的内层4f轨道未成对的结构特征，因而具有原子磁矩高、电子能级极其丰富的特点；使材料可作为发光材料、电催化剂、永磁材料、生物医药材料，并具有潜在的应用价值。

为充分发挥这类材料的结构特性，将稀土金属氢氧化物和钒酸盐纳米化成为近年来的研究热点之一，稀土纳米材料集稀土结构的特征和纳米小尺寸效应于一身，无疑能在原有特性的基础上又赋予其新的功能，其将有利于提高材料的综合性能。现有制备这类稀土化合物方法主要有高温固相反应法、微波法和水热法等。

目前，国内外关于稀土金属氢氧化物和钒酸盐纳米材料的制备已有一些文献报道，并取得了一定进展。(如：A.W.Xu，Y.P.Fang，et al.J.Am.Chem.Soc.2003，125，1494；J.F.Liu，Y.D.Li，Adv.Mater.2007，19，1118；L.W.Qian，J.Zhu，et al，Chem.Eur.J.2009，15，1233；C.C.Yu，M.Yu，et al，Crystal Growth&Design.2009，9，783.)。但现有合成手段对稀土化合物纳米材料的物相调控和结构控制尚存在一定的困难；特别地，较少文献报道稀土氢氧化物与钒酸盐材料在高效设计合成上的内在关系，并通过离子液体作为结构导向剂来控制稀土化合物的组成和形貌。

所谓离子液，是完全由正负离子组成的室温下为液体的盐，其具有蒸汽压小、不易挥发、可循环利用等优点，又因其正负离子结构特性可诱导晶体在某个方向上实现优势生长，为纳米材料可控制备开拓了一条崭新的途径。(如：Y.Zhou，M.Antonietti，Adv.Mater.2003，15，1452；T.Nakashima，N.Kimizuka，J.Am.Chem.Soc.2003，125，6386.)。因此，我们将离子液引入到合成稀土金属氢氧化物和钒酸盐体系中力求通过分析吸附模型对产物形貌的影响，解决纳米材料在某个优势生长方向的控制问题；当改变反应时间可以监控钒氧离子进攻稀土金属氢氧化物而生成对应钒酸盐的过程及普遍规律。为稀土相关化合物的合成及应用提供良好的理论基础和实践经验。

【发明内容】：本发明目的是提供一种离子液体辅助水热法合成稀土金属氢氧化物或钒酸盐纳米材料的可控制备方法及应用。

本发明采用离子液辅助水热法制备出了尺寸均一的稀土金属氢氧化物或钒酸盐纳米材料；通过调节反应条件，实现了对产物的组成和结构的有效控制。在整个反应中，金属盐的阳离子的化合价起最主要的作用，这些阳离子与强碱发生复分解反应，从而均可生成对应价态的稀土金属氢氧化物；当钒氧离子与稀土金属氢氧化物发生拓扑转变(Topotactic Transformation)后，便可生成对应金属盐的钒酸盐。可见，这种合成手段对制备稀土金属氢氧化物或钒酸盐具有普遍适用性。

本发明提供的离子液体辅助水热法可控制备稀土金属氢氧化物或稀土金属钒酸盐纳米材料的方法，其步骤如下：

第一、将稀土金属盐和氢氧化钠依据摩尔比1∶30的比例均匀混合，加入去离子水，使稀土金属盐的浓度为0.0001～2.0M，生成沉淀；

第二、将咪唑盐型离子液和无水乙醇按照体积比1∶1～1∶100加到上述沉淀中，搅拌10～30分钟，然后形成胶状物沉淀；

第三、将第二步形成的胶状物沉淀放入聚四氟乙烯或不锈钢内胆的水热反应釜中进行反应，于100～220℃温度下反应1～8小时，制备出稀土金属氢氧化物纳米材料；

或者，在第一步中同时加入稀土金属盐、偏钒酸盐和氢氧化钠，并依据摩尔比为1∶1∶30的比例均匀混合；将第三步中的反应时间控制在16～148小时，则能够制备出稀土金属钒酸盐纳米材料。

上述的稀土金属氢氧化物纳米材料的制备中，起主要作用的原料是稀土金属盐和氢氧化钠；而偏钒酸盐在反应时间为1～8小时并未参加反应，只有当反应时间超过8小时才能生成对应的稀土金属钒酸盐，即延长反应时间，可使VO₃^-基团置换氢氧根，实现金属盐中阴离子的转变，从而生成目标产物——稀土金属钒酸盐。