[发明专利]一种稀土层状氢氧化物纳米片及其溶胶的制备方法

说明书

本发明的一种稀土层状氢氧化物纳米片及其溶胶的制备方法，纳米片制备包括以下步骤：配制成相应浓度的硝酸镧溶液，按配比将硫酸铵颗粒溶解在硝酸镧溶液中，形成混合液，调节混合液pH至6～10，并持续搅拌得到均匀悬浊液，反应获得产物，立即离心分离与干燥得到稀土层状氢氧化物La₂(OH)₄SO₄·nH₂O纳米片。并按配比，将制备好的纳米片置于甲酰胺溶液中经超声离心处理后，取上层液，制得相应纳米片溶胶。本申请采用冰浴法降低激活能可一步制备出稀土层状氢氧化物La₂(OH)₄SO₄·nH₂O纳米片，解决了现有技术中该类化合物无法采用传统插层‑剥离的方法制备单层纳米片的难题，且工艺简单，操作方便，可大量生产，相应纳米片溶胶稳定性好，节约原料。

技术领域：

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种稀土层状氢氧化物纳米片及其溶胶的制备方法。

背景技术：

La₂(OH)₄SO₄·nH₂O为稀土层状化合物RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O中的一种。属于阴离子型层状化合物，其氢氧化物主层板由九配位多面体[LaO₉]通过共面兼公边连接而成，层间SO₄^2-四面体则通过两个顶点氧原子分别与相邻两主层板共价键结合起电荷平衡作用。该化合物不具备传统稀土层状化合物(如RE₂(OH)₅A·nH₂O，A＝Cl,NO₃等)的离子交换性能，因此无法通过柱撑-剥离的工艺路线制备超薄纳米片。它显著的优点为其特殊的化学配比：该化合物的La/S摩尔比与稀土含氧硫酸镧(La₂O₂SO₄)和硫氧化镧(La₂O₂S)完全一致，因此可作为制备该两类化合物的理想前驱体。现有研究也确实证明了该路线的优势：在这类层状化合物的合成过程中使用温和的硫酸铵为硫源，而煅烧制备La₂O₂SO₄和La₂O₂S的过程中副产物仅为水蒸气。成功的克服了传统制备稀土硫氧化物方法中环境有害的含硫原料的使用或是环境有害的产物的排出的问题。稀土含氧硫酸镧(La₂O₂SO₄)和硫氧化镧(La₂O₂S)均在诸多领域有良好的应用价值，并且前驱体的性状对产物的性状有巨大影响。因此对La₂(OH)₄SO₄·nH₂O合成的研究至关重要，关于该化合物现有的研究有：2010年研究人员Sasaki等以稀土硫酸盐和六亚甲基四铵为原料，采用均匀沉淀法首次合成出这类硫酸盐型层状化合物RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O(RE＝Pr-Tb，n～2)。但因不同稀土元素性质不同，该报道仅报道了采用沉淀法制备RE＝Pr-Tb的该类化合物。La₂(OH)₄SO₄·nH₂O的报道最早见于2013年，有研究人员采用水热法制备出了该种化合物。2014年有研究人员采用沉淀法以氨水为沉淀剂获得了La₂(OH)₄SO₄·nH₂O。综上所述，目前制备La₂(OH)₄SO₄·nH₂O的方法仅限于水热法及沉淀法。目前存在的问题为：1)在合成技术路线方面，沉淀法所用沉淀剂如六亚甲基四胺具有室温下水解缓慢、高温下于空气中易生成甲醛及其衍生物而降低沉淀反应产率等缺点。水热法虽然克服了沉淀法的上述缺点，且具有产物纯度高、污染小等优势，但水热条件下反应过程需要较大能量，且反应过程的稳定性较差。2)在所得目标产物性质方面：水热法和常温沉淀法所制备的La₂(OH)₄SO₄·nH₂O因反应温度较高均最终结晶为较厚的纳米或微米片，尤其沉淀法所得产物存在较大程度的团聚现象，分散性较差。前驱体的形貌将显著影响其相应煅烧产物的形貌，因而使用这种厚层状化合物为前驱体所得的La₂O₂SO₄及La₂O₂S也均为较大的颗粒。并且这两种方法都难以实现大批量制备。此外，采用这两种方法制备的纳米片的层板厚度可达30～300nm，并且因为该种化合物无法经插层-剥离制备纳米片因此目前无法获得了结晶良好且厚度仅几个纳米的超薄稀土层状氢氧化物La₂(OH)₄SO₄·nH₂O纳米片，因此无法获得稳定性良好的稀土层状氢氧化物La₂(OH)₄SO₄·nH₂O纳米片溶胶。