一種中空球狀鍺酸鑭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中空球狀鍺酸鑭及其制備方法，屬于功能材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的中空球狀鍺酸鑭中球狀結(jié)構(gòu)的直徑3μm，中間的孔直徑150nm。其制備方法是首先將氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)的支架上，然后將硝酸鑭、四氯化鍺、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，于溫度300～400℃、保溫2～6h，最終得到了絮狀白色沉積物，即為中空球狀鍺酸鑭。本發(fā)明采用的水熱沉積方法，具有制備溫度低、制備過程簡單、耗時(shí)短，所得中空球狀鍺酸鑭成本低等特點(diǎn)；同時(shí)，本發(fā)明制備出的中空球狀鍺酸鑭在固體氧化物燃料電池及吸附劑方面具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種中空球狀鍺酸鑭及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種中空球狀鍺酸鑭及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鍺酸鑭具有低激活能(〈leV)和高氧離子電導(dǎo)率(>0.01S.cm^1)等特點(diǎn)，可以作為固體電解質(zhì)材料，在固體氧化物燃料電池方面具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]采用固相反應(yīng)法可以制備出鍺酸鑭粉末。中國發(fā)明專利“氧磷灰石結(jié)構(gòu)鍺酸鑭電解質(zhì)材料粉體的低溫制備方法”(專利申請?zhí)?201210115119.4)以氧化鑭和氧化鍺為原料，氯化鈉為熔鹽，首先以原料和熔鹽混合并加入乙醇球磨，烘干后于900?1000°C下燒結(jié)4?12h，制備出了鍺酸鑭粉末。有文獻(xiàn)(E.J.Abram, C.A.Kirk, D.C.Sinclair, A.R.West.Synthesis and characterizat1n of lanthanum germanate ?based apatitephases.Solid State 1nics 176 (2005) 1941 ?1947.)也報(bào)道了以氧化鑭和氧化錯(cuò)為原料，在空氣氣氛中于1100°C燒結(jié)16h后，于1300°C再次燒結(jié)16h，制備出了化學(xué)式為La9.33+x(Ge04)602+1.5x(x = 0、0.34、0.67 和 1.67)和 La2Ge05 的鍺酸鑭粉末。
[0004]雖然采用高溫固相反應(yīng)法可以制備出鍺酸鑭粉末，但是制備溫度高，能耗高，增加了制備成本，同時(shí)所得鍺酸鑭粉末尺寸大，為無規(guī)則形態(tài)，不利于研究其物理化學(xué)性能。不同于無規(guī)則形態(tài)的鍺酸鑭粉末，中空球狀鍺酸鑭為一種具有空心特殊結(jié)構(gòu)的鍺酸鑭，可以作為固體電解質(zhì)材料及吸附劑，在固體氧化物燃料電池及吸附劑方面具有良好的應(yīng)用前景。到目前為止，也未有關(guān)于中空球狀鍺酸鑭的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種中空球狀鍺酸鑭及其制備方法。
[0006]本發(fā)明所提供的鍺酸鑭結(jié)構(gòu)如中空球狀，其中:球狀結(jié)構(gòu)的直徑為3μπι，中間的孔直徑為150nm。
[0007]本發(fā)明同時(shí)提供了上述中空球狀鍺酸鑭的制備方法，該制備方法如下:
[0008]以四氯化鍺和硝酸鑭作為原料，琥珀酸二異辛基磺酸鈉作為表面活性劑，水為溶劑，氧化鑭片作為沉積襯底，首先將氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)的支架上，然后將硝酸鑭、四氯化鍺、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，于溫度300?400°C、保溫2?6h，最終得到了絮狀白色沉積物，即為中空球狀鍺酸鑭。
[0009]所述硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1 ;所述琥珀酸二異辛基磺酸鈉重量為水的2?10%，硝酸鑭、四氯化鍺和琥珀酸二異辛基磺酸鈉的總重量為水的5?20% ;所述硝酸鑭、四氯化鍺、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為20?40%。
[0010]本發(fā)明的科學(xué)原理如下:
[0011]本發(fā)明采用上述制備過程，四氯化鍺、硝酸鑭與琥珀酸二異辛基磺酸鈉溶于水內(nèi)，在一定溫度的水熱條件下，四氯化鍺與硝酸鑭反應(yīng)形成鍺酸鑭，鍺酸鑭在水熱溶液內(nèi)達(dá)到過飽和后從溶液內(nèi)析出，形成鍺酸鑭晶核，在水蒸氣的帶動(dòng)下沉積于氧化鑭襯底上，同時(shí)鍺酸鑭晶核在表面活性劑琥珀酸二異辛基磺酸鈉的作用下，在氧化鑭襯底上形成了中空球狀結(jié)構(gòu)的鍺酸鑭。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0013]1、本發(fā)明采用水熱沉積方法，制備溫度低、制備過程簡單及耗時(shí)短，所得中空球狀鍺酸鑭的成本低；
[0014]2、本發(fā)明采用的是無毒的四氯化鍺、硝酸鑭及琥珀酸二異辛基磺酸鈉及水，原料及制備過程對環(huán)境無污染，符合環(huán)保要求；
[0015]3、本發(fā)明中空球狀鍺酸鑭可以作為固體電解質(zhì)材料及吸附劑，在固體氧化物燃料電池及吸附劑方面具有良好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1所制備的中空球狀鍺酸鑭的X?射線衍射(XRD)圖譜；
[0017]根據(jù)JCPDS PDF卡片，可以檢索出所得中空球狀鍺酸鑭由單斜La2Ge05(JCPDS卡，卡號(hào):40?1183)晶相構(gòu)成。
[0018]圖2為實(shí)施例1所制備的中空球狀鍺酸鑭的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；
[0019]從圖中可以看出產(chǎn)物由鍺酸鑭中空球狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，球狀結(jié)構(gòu)的直徑3μ m，中間的孔直徑150nm。
[0020]圖3為實(shí)施例2所制備的中空球狀鍺酸鑭的SEM圖像；
[0021]從圖中可以看出產(chǎn)物由鍺酸鑭中空球狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，球狀結(jié)構(gòu)的直徑3μ m，中間的孔直徑150nm。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量20%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的2%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為40%。將反應(yīng)容器于溫度300°C、保溫2h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量5%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的10%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為20%。將反應(yīng)容器于溫度300°C、保溫6h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0027]實(shí)施例3
[0028]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量5%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的3%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為25%。將反應(yīng)容器于溫度400°C、保溫2h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0029]實(shí)施例4
[0030]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量10%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的4%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為30%。將反應(yīng)容器于溫度400°C、保溫6h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0031]實(shí)施例5
[0032]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量12%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的5%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為35%。將反應(yīng)容器于溫度320°C、保溫4h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0033]實(shí)施例6
[0034]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量6%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的6%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為34%。將反應(yīng)容器于溫度350°C、保溫3h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0035]實(shí)施例7
[0036]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量7%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的9%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為28%。將反應(yīng)容器于溫度360°C、保溫5h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
[0037]實(shí)施例8
[0038]將尺寸約6X4cm的氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量8%的四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，其中硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1，琥珀酸二異辛基磺酸鈉占水重量的7%，四氯化鍺、硝酸鑭、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為24%。將反應(yīng)容器于溫度380°C、保溫6h，在氧化鑭襯底上得到了白色絮狀沉淀物，制備出了直徑3 μ m、中間的孔直徑150nm的中空球狀鍺酸鑭。
【權(quán)利要求】
1.一種中空球狀鍺酸鑭，其特征在于，所述鍺酸鑭結(jié)構(gòu)如中空球狀，其中:球狀結(jié)構(gòu)的直徑為3 μ m，中間的孔直徑為150nm。
2.如權(quán)利要求1所述的中空球狀鍺酸鑭的制備方法，其特征在于，所述制備方法如下: 以四氯化鍺和硝酸鑭作為原料，琥珀酸二異辛基磺酸鈉作為表面活性劑，水為溶劑，氧化鑭片作為沉積襯底，首先將氧化鑭片固定于反應(yīng)容器內(nèi)的支架上，然后將硝酸鑭、四氯化鍺、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水混合后置于反應(yīng)容器內(nèi)并密封，于溫度300?400°C、保溫2?6h，最終得到了絮狀白色沉積物，即為中空球狀鍺酸鑭； 所述硝酸鑭與四氯化鍺的摩爾比為2:1 ; 所述琥珀酸二異辛基磺酸鈉重量為水的2?10%，硝酸鑭、四氯化鍺和琥珀酸二異辛基磺酸鈉的總重量為水的5?20% ； 所述硝酸鑭、四氯化鍺、琥珀酸二異辛基磺酸鈉與水總量占反應(yīng)容器的填充度為20?40%。
【文檔編號(hào)】H01M8/10GK104393319SQ201410662850
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】裴立宅, 蔡征宇, 王帥, 楊碩 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)