一種鈣鈦礦型納米材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料，具體涉及一種媽鈦礦型納米材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦型材料屬于三方晶系，基本結(jié)構(gòu)是ABO3 (A和B代表陽離子，O代表氧離子)。至今為止，發(fā)現(xiàn)具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的氧化物ABO3型化合物的三種離子半徑滿足下列關(guān)系?.2°_5(ΚΒ+ΙΟ (—般情況下t=0.7~1.0)。由于鈣鈦礦型氧化物材料具有這種特殊的結(jié)構(gòu)，使得鈣鈦礦型材料具有許多特殊的性質(zhì)，如熱電性能、超導(dǎo)性能、壓電性能、光學(xué)性能、磁學(xué)性能等。實(shí)際應(yīng)用中又可通過摻雜來改善鈣鈦礦型材料的性能，可以說鈣鈦礦型材料是一種極其重要的功能材料，應(yīng)用范圍很廣，如催化、燃料電池、傳感器、制動器、光微電機(jī)、存儲器件、基體或基板、光電器件等方面。而納米鈣鈦礦型材料又具有獨(dú)特的納米晶粒及高密度晶界特征以及由此而產(chǎn)生的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使其在化學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等性能方面表現(xiàn)出一系列與普通多晶體和非晶態(tài)固體的本質(zhì)差別。
[0003]中國專利CN103449536A公開了一種鈣鈦石型納米NcUMgxCoO3的制備方法，采用金屬陽離子取代了鈣鈦礦ABO3型復(fù)合氧化物材料中起支撐結(jié)構(gòu)骨架的A位金屬離子，引起較大的晶格畸變，提高了其催化和化學(xué)等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鈣鈦礦型納米材料，分子式為(CaxNd1J Q1Laci 9Coci 5Fetl 5O3,式中 X=O- 1~0.4。
[0005]本發(fā)明的另一目的還在于提供一種鈣鈦礦型納米材料的制備方法，步驟簡單、安全、無需大型特殊設(shè)備，投資少，生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，產(chǎn)物純度高。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種媽鈦礦型納米材料，所述媽鈦礦型納米材料分子式為(CaxNd1I)aiLaa9Coa5Fea5O3,式中x=0.1?0.4。
[0007]一種上述的鈣鈦礦型納米材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)分別用蒸餾水溶解一定量的Nd _3人.6H20、Ca (NO3) 2.4H20、La (NO3) 3.6H20、Co (NO3) 3.6H20、Fe2 (SO4) 3.9H20，分別配制成 Nd 辦03人、Ca (NO3) 2、La (NO3) 3、Co (NO3) 3和Fe2(SO4)3 濃度為 0.2-0.5 mo I.L—1 的溶液；
(2)根據(jù)(CaxNdh)ο.1La0.9Co0.5Fe0.503材料中金屬元素比例，將步驟(I) 一定量的Nd (MV3、Ca (NO3) 2、La (NO3) 3、Co (NO3) 3和 Fe 2 (SO4) 3溶液混合，超聲分散 8-15 min，得到混合溶液A ；
(3)將濃度為0.20-0.30 mo 1.171 KOH 溶液和濃度為 0.05-0.15 mo 1.171 K2CO3 溶液按體積比為1~3:1混合，得到溶液B ；
(4)將溶液B逐滴加入溶液A中，攪拌均勻，超聲分散30?60min，至溶液的pH值為10~11，接著離心分離3~5 min，收集沉淀，采用蒸餾水洗滌沉淀，直至洗滌至中性后抽濾，接著用乙醇溶解濾餅，繼續(xù)超聲分散10~20 min后，再進(jìn)行離心分離3~5min，如此反復(fù)3~5次，得到沉淀樣品C ;
(5)將沉淀樣品C置于烘箱中于100?110°C條件下烘干12~24 h，最后將烘干的物質(zhì)充分研磨成粉狀物，即得(CaxNdh) I1Laa9Coa5Fea5O3 (χ=0.1~0.4)前驅(qū)體D，所述x=0.1?
0.4 ；
(6)將前驅(qū)體D置于電爐中，以5~10°C.miiT1的升溫速率加熱至450~500°C保溫
1.0-3.0 h后，再以3~6 OmirT1的升溫速率繼續(xù)加熱至800~900°C保溫2.0-4.0 h后，自然降溫冷卻至室溫，即得納米(NdxCa1I)a Aaa9Coa5Fea5O^料，所述x=0.1-0.4。
[0008]根據(jù)上述的鈣鈦礦型納米材料的制備方法，步驟(5)所述的烘箱為鼓風(fēng)干燥烘箱。
[0009]根據(jù)上述的鈣鈦礦型納米材料的制備方法，步驟(6)所述的納米(CaxNd1J ο.1La0.9Co0.5Fe0.503材料粒徑為 80-120 nm?
[0010]本發(fā)明的積極有益效果:
(I)本發(fā)明采用其他金屬陽離子取代了鈣鈦礦ABO3型復(fù)合氧化物材料中起主要支撐結(jié)構(gòu)骨架的A位金屬離子，引起較大的晶格畸變，提高了其催化和化學(xué)等性能；在A為取代的基礎(chǔ)上，又采用其他過渡金屬陽離子取代了起主要催化活性等功能的B位離子，制備出具有A位和B位取代的和具有混合價的結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型材料，使得該材料體系能量更大，只需在較小的能量驅(qū)動下即可發(fā)生電子結(jié)構(gòu)匹配上的轉(zhuǎn)變，從而獲得更優(yōu)良的磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、表面和催化等性能。
[0011](2)本發(fā)明鈣鈦礦型納米(CaxNd1JCl lLaci 9Coci 5Feci 5O3材料采用A位和B位離子同時置換取代的氧化物鈣鈦礦材料，具有較大范圍內(nèi)調(diào)變和控制結(jié)構(gòu)中的離子價態(tài)和晶體缺陷的特點(diǎn)，同時又可保持較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。
[0012](3)本發(fā)明所用原料來源廣泛，價格低廉；本發(fā)明制備方法，操作簡單方便、安全，設(shè)備少，投資小，容易生產(chǎn)；產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，成本低，純度高，粒徑為80~120 nm，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐化學(xué)腐蝕，具有較好的工業(yè)利用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1鈣鈦礦型納米材料的X射線衍射的XRD圖譜；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2鈣鈦礦型納米材料的X射線衍射的XRD圖譜；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3鈣鈦礦型納米材料的X射線衍射的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合一些具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]實(shí)施例1
一種媽鈦礦型納米材料，所述媽鈦礦型納米材料分子式為(CaxNd1I)aiLaa9Coa5Fea5O3,式中x=0.4。
[0016]上述媽鈦礦型納米(Caa4Nda6)aiLaa9Coa5Fea5O^料的制備方法，包括以下步驟:
(I)稱量 21.9120g 的 Nd 辦03人.6H20、11.8075g 的 Ca(NO3)2.4H20、21.6500g 的
La(NO3)3.6Η20、17.6500g 的 Co (NO3) 3.6Η20、28.1005g 的 Fe2(SO4)3.9H20，然后分別加入一定量的蒸餾水分別配制成濃度為0.5 mo I.L—1的Nd辦03人、Ca (NO3)2.La (NO3) 3、Co (NO3) 3和Fe2 (SO4)3溶液;
(2)根據(jù)(Caa4Nda6)I1Laa9Coa5Fea5CVl^料中金屬元素化學(xué)計(jì)量比(Ca:Nd:La:Co:Fe=0.04:0.06:0.9:0.5:0.5)，分別將上述步驟(I)所得 4ml 的 Ca (NO3) 2溶液、6ml 的Nd _3人溶液、90ml的La (NO 3) 3溶液、50ml的Co (NO 3) 3溶液、25ml的Fe 2 (SO4) 3溶液混合，超聲分散混合1min后得到混合溶液A ;
(3)將0.30 mo I.L-1的KOH溶液和濃度為0.15 mo I.L -1的K 2C03的溶液按體積比為2:1混合，得到溶液B ;
(4)將溶液B逐滴加入溶液A中，攪拌均勻，超聲分散60min，至溶液的pH值為10，接著離心分離5 min，收集沉淀，采用蒸餾水洗滌沉淀，直至洗滌至中性后抽濾，接著用乙醇溶解濾餅，繼續(xù)超聲分散20 min后，再進(jìn)行離心分離5 min，如此反復(fù)3次，得到沉淀樣品C ;
(5)將沉淀樣品C置于烘箱中于110°C條件下烘干20 h，最后將烘干的物質(zhì)充分研磨成粉狀物，即得((Ca。.4Nd0.6) ο.^a0.9Co0.5Fe0.503前驅(qū)體 D ；
(6)將前驅(qū)體D置于電爐中，以5°C.HiirT1的升溫速率加熱至500 °C保溫3 h后，再以
30C ^mirT1的升溫速率繼續(xù)加熱至800 °C保溫2.0 h后，自然降溫冷卻至室溫，即得納米(Ca。.4Nd0.6) ο.!La。.9Co0.5Fe0.503材料。
[0017]從圖1可以看出，產(chǎn)物(Caa4Nda6)aiLaa9Coa5Fea5O與鈦礦材料的純度高，為單一鈣鈦礦晶相，平均粒徑為80 nm，原料轉(zhuǎn)化率為99%。
[0018]實(shí)施例2
一種媽鈦礦型納米材料，所述媽鈦礦型納米材料分子式為(CaxNd1I)aiLaa9Coa5Fea5O3,式中x=