[发明专利]一种四氢呋喃为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案属于有序纳米结构材料合成技术领域，具体为一种以有机小分子为模板制备有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。

背景技术

氧化锆是一种过渡金属氧化物，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性，并且具有高熔点(2700℃)和高沸点、热膨脉系数大、耐高温、导热系数小、耐磨性好、抗蚀性能好等优良性能，而有序的纳米结构的氧化锆具有某些独特性能，如常温下为绝缘体，高温下则具有导电性、敏感特性、增韧性等，在耐磨材料、耐火材料、热障涂层材料、燃料电池、催化剂载体、医用、气敏性、润滑油添加剂等领域具有重要的应用前景。

氧化锆的制备方法较为多样，简单可分为物理法和化学法。物理方法主要包括冷冻干燥法、高温喷雾热解法、高能球磨法等。化学法主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法和水热/溶剂热法等。化学法中利用表面活性剂作为模板诱导合成纳米氧化锆已成为较为普遍的方法。目前，有序纳米结构氧化锆的研究中，如(Chao Liu，Shanshan Zhao，Xiujie Ji，Bin Wang，Dongxia Ma，A novel reflux-hydrothermal synthesis of thermally stable lamellar crystalline zirconia via SDS template，Materials Chemistry and Physics，2012，133(2-3)：579-583.)，该文献报道了一种以表面活性剂十二烷基磺酸(SDS)为模板制备层状纳米氧化锆材料的方法。自组装纳米结构氧化锆的制备一般都要采用表面活性剂、嵌段聚合物等有机分子为模板，上述模板剂的使用增加了成本和环境负荷。实施无表面活性剂模板合成氧化锆是一种新方法，可以克服传统方法使用表面活性剂和嵌段聚合物作为模板造成的成本的增加。

四氢呋喃是一种重要的有机溶剂，具有很好的溶解能力，但是四氢呋喃作为模板剂合成有序层状纳米氧化锆未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种四氢呋喃为模板剂制备有序层状结构纳米氧化锆多晶粉体的方法。该方法以四氢呋喃为模板，采用“回流-混合溶剂热”相结合的方法制备具有有序纳米结构的氧化锆多晶粉体，而且该多晶粉体还表现出很好的热稳定性。以克服有序纳米结构氧化锆需要表面活性剂或聚合物等作为模板才能合成的缺点；以克服已有有序纳米结构氧化锆粉体的热稳定差、纳米晶排列无序等缺点。

本发明解决该问题所采取的技术方案是：

一种四氢呋喃为模板合成有序层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，其步骤是：

(1)取25份浓度为0.0001～0.0002摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液，再加入12.5～25份的四氢呋喃，配制成氧氯化锆-水-四氢呋喃的混合溶液，待用；

(2)取25份浓度为0.0288克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液，再加入12.5～25份的四氢呋喃，配制成氢氧化钠-水-四氢呋喃的混合溶液，待用；

(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的混合液加入到步骤(1)中的反应器中，升温，回流反应1～4个小时；

(4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，升温到100～160℃，自生压力下混合溶剂热反应12～36小时；

(5)室温下原液静置0～3天，然后水洗，再经抽滤或离心分离，烘干，得到白色粉体为有序层状纳米氧化锆多晶粉体；

(6)将(5)中所得的粉末升温至600℃后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的有序层状纳米氧化锆多晶粉体；

上述分组的分数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。

上面步骤(1)和(2)中所述的四氢呋喃为模板剂。

上面步骤(1)和(2)中所述的整体四氢呋喃/水比为1/2～1/1。

本发明的有益效果是：

1.本发明方法所得的氧化锆多晶粉体是具有有序层状纳米结构的多晶粉体。如图2所示，产物中片层纳米氧化锆和纳米孔道平行相间排列成有序层状纳米结构，该结构的重复周期约为1.18纳米，与XRD小角衍射对应的d值相一致。从图1产物的XRD谱图可以看出，产物为氧化锆纳米晶，且经过600℃煅烧后，其XRD小角部分仍然保持着明显的衍射峰，说明产物有良好的热稳定性。

2.本发明采用四氢呋喃-水制备体系，无需表面活性剂、聚合物等模板剂，四氢呋喃可以重复回收利用，降低了生产成本。

3.本发明采用的原料氧氯化锆、氢氧化钠、四氢呋喃均为普通化学试剂，廉价易得。

附图说明