具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的多元氟化物材料，通過以下方法制得：將三種金屬硝酸鹽溶劑于去離子水中，攪拌獲得澄清的水溶液；用稀硝酸和氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值到一定值，接著加入氟化物溶液并劇烈攪拌10分鐘，最后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，在一定溫度下加熱24小時后，收集產(chǎn)物并在80°C干燥10小時。本發(fā)明材料內(nèi)部孔徑大，晶體壁薄，有著非常大的應(yīng)用前景，且制備工藝簡單，原料廉價易取，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機微納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高比表面積的空心結(jié)構(gòu)的無機材料在催化劑負載、藥物緩釋、氣體存儲及隔熱保溫等領(lǐng)域有著優(yōu)異的表現(xiàn)及極大的應(yīng)用前景。二十一世紀是材料科學的時代，隨著科技飛速發(fā)展，傳統(tǒng)材料已經(jīng)不能滿足人們對物質(zhì)性質(zhì)越來越高的要求，特別是現(xiàn)代材料的物理化學性質(zhì)，尤其受到人們的關(guān)注，這就要求我們在分子水平上對材料的組成、結(jié)構(gòu)、形貌等加以調(diào)控，這為新材料的基礎(chǔ)研究提供了巨大的推動力。人們在分子水平上合成具有空心結(jié)構(gòu)無機材料時，嘗試了大量方法，例如水熱法、溶劑熱法、化學氣相法、物理氣相法等等，但是，“綠色化學”的出現(xiàn)為化學研究提出了更高的要求，注重化學合成的環(huán)保、經(jīng)濟、簡單、可行，因此利用一種簡單、可控、低消耗、零污染的方法合成具有空心結(jié)構(gòu)的無機材料有著非常重要的意義。
[0003]模板技術(shù)是制備空心結(jié)構(gòu)無機材料的一種有效手段。通常采用的模板包括硬模板、軟模板；其中硬模板主要是形貌可控，單分散性好的二氧化硅微球，聚苯乙烯微球以及氧化鋅微納米棒等；軟模板主要利用各種表面活性劑或有機聚合物如聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化銨，聚醚酰亞胺形成的微乳作為模板。這些方法在獲得具有空心結(jié)構(gòu)無機材料時都要采用適當?shù)姆椒ㄈコ０?，例如用氫氟酸侵蝕，高溫燒結(jié)，光催化等分解模板，但是在去掉模板過程中，很容易由于材料壁太薄，機械強度不夠而導(dǎo)致空心結(jié)構(gòu)的坍塌。無模板技術(shù)合成空心結(jié)構(gòu) 無機材料無需模板去除過程，方法簡單，綠色環(huán)保，同時無模板技術(shù)能耗低，原材料廉價易得，過程簡單可控，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了極其優(yōu)越的條件，所以開發(fā)無模板技術(shù)以合成空心結(jié)構(gòu)無機材料具有重要的理論價值和應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，采用簡單可控的水熱法制備得到，無需任何表面活性劑，螯合劑及其它任何有機試劑，也不需要苛刻的反應(yīng)條件，更不需要進一步的高溫煅燒或化學侵蝕。反應(yīng)得到的具有空心結(jié)構(gòu)的無機六氟化鋰鈣鋁材料不僅擁有大空腔內(nèi)徑，而且具有納米級的壁厚，具有優(yōu)異的性能。
[0005]一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，通過以下方法制備得到:
[0006]將三種金屬硝酸鹽溶解于水形成澄清的硝酸鹽溶液，在室溫下調(diào)節(jié)pH到一定值，然后在室溫下加入氟化物溶液，同時不斷劇烈攪拌10分鐘，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，在一定溫度下加熱24小時后，收集產(chǎn)物并在80° C下干燥10小時。
[0007]所述的金屬硝酸鹽分別是硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣；所述的氟化物溶液為氟化銨溶液；
[0008]所述的金屬硝酸鹽的重量為所述的反應(yīng)溶液重量的1.91%，所述的氟化物的重量為所述反應(yīng)溶液重量的0.621%。
[0009]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣的重量分別為所述反應(yīng)溶液重量的 0.019%—0.38%, 1.03%, 0.59%。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的稀硝酸的質(zhì)量分數(shù)為5% —10%。
[0011]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的氨水的質(zhì)量分數(shù)為5% — 8%。
[0012]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的溶液的pH值調(diào)到3.0。
[0013]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述氟化物溶液的質(zhì)量分數(shù)為2.18%。
[0014]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)爸體積為45mL。
[0015]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)溫度為220-240° C。
[0016]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的收集產(chǎn)物采用離心分離或過濾來實現(xiàn)。進一步優(yōu)選離心分離，所述的離心分離條件為:離心機轉(zhuǎn)速3500— 5000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為8 —10分鐘。
[0017]所述的產(chǎn)物經(jīng)過X-射線晶體衍射分析證明為六氟化鋰鈣鋁。所述的產(chǎn)物經(jīng)掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡分析等證實為空心結(jié)構(gòu)，所述的空心結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁粒徑約為800nm空腔內(nèi)徑約為680nm。
[0018]本發(fā)明中，鋰離子、鋁離子、鈣離子在劇烈攪拌的情況下與氟化銨反應(yīng)生成沉淀并且出現(xiàn)微納米球，然后在水熱條件下，逐漸形成多面體，隨著反應(yīng)時間的增加，多面體內(nèi)外部發(fā)生晶體反向生長:多面內(nèi)部晶粒不斷溶解，同時在多面體微晶表面結(jié)晶，隨著反應(yīng)時間的進一步增加，最后形成具有巨大內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)的多面體微晶顆粒。因而通過這種非常簡便可控的方法可以獲得具有空心結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料。
[0019]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)成果:
[0020]1.本發(fā)明的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，多面體內(nèi)部空間大，在催化劑負載、藥物緩釋、氣體存儲及隔熱保溫等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。
[0021]2.本發(fā)明的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，不采用任何模板，因而無需進一步的高溫煅燒或化學侵蝕去除模板。
[0022]3.本發(fā)明的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料，無需表面活性劑，螯合劑及任何其它有機試劑，綠色環(huán)保、成本低、無污染、反應(yīng)條件溫和、原材料廉價易取、方法簡便可控，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1制備的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的X-射線粉末衍射譜圖。
[0024]圖2為實施例1制備的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的掃描電子顯微鏡照片。
[0025]圖3為實施例1制備的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的透射電子顯微鏡照片。
具體事例方式
[0026]下面結(jié)合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
[0027]實施例1[0028]分別稱取0.2362g水合硝酸鈣、0.1380g水合硝酸鋰、0.3752g水合硝酸鋁溶解于25mL去離子水中，攪拌溶解得到澄清溶液，在室溫下用pHS-25型pH儀，通過添加稀硝酸(5%)和稀氨水(5%)調(diào)節(jié)溶液pH到3.0，然后在室溫下加入IOmL質(zhì)量分數(shù)為2.18%氟化銨溶液，并劇烈攪拌10分鐘，得到乳白色溶液，接著將溶液轉(zhuǎn)入45mL具有聚四氟乙烯內(nèi)膽的反應(yīng)釜中并密封，在225° C下反應(yīng)24小時，等反應(yīng)釜冷卻到室溫后，得到的黃色沉淀，5000轉(zhuǎn)/分鐘下離心收集后用去離子水清洗，先超聲5分鐘，再在5000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10分鐘，如此重復(fù)三次,再用無水乙醇清洗一次,超聲5分鐘，5000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10分鐘,最終將產(chǎn)物在80° C下干燥10小時，得到具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料。[0029]圖1為上述實施例制得的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的X-射線粉末衍射譜圖，譜圖中樣品的衍射峰與標準卡片完全吻合且沒有雜峰出現(xiàn)，證明成功制得了六氟化鋰鈣鋁材料，且該物質(zhì)屬于六方晶系。
[0030]上述實施例制得的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟化鋰鈣鋁材料的掃描電鏡圖片(參加圖2)和透射電鏡圖片(參加圖3)中觀察到了粒徑約為800nm，壁厚約為70nm，空腔內(nèi)徑為680nm十四面體六氟化鋰鈣鋁微晶。
【權(quán)利要求】
1.一種具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，通過以下方法制備得到: 將三種金屬硝酸鹽溶解于去離子水中，攪拌獲得澄清的水溶液；用稀硝酸和稀氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值到一定值，接著加入氟化物溶液并劇烈攪拌10分鐘，最后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，在一定溫度下加熱24小時后，收集產(chǎn)物并在80° C干燥10小時； 所述的金屬硝酸鹽分別是硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣；所述的氟化物溶液為氟化銨溶液； 所述的金屬硝酸鹽的重量為所述的反應(yīng)溶液重量的1.91%，所述的氟化物的重量為所述反應(yīng)溶液重量的0.621%。
2.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的硝酸鋰、硝酸鋁、硝酸鈣的重量分別為所述反應(yīng)溶液重量的0.019%—0.38%，1.03%,0.59%ο
3.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的稀硝酸的質(zhì)量分數(shù)為5%—10%ο
4.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的氨水的質(zhì)量分數(shù)為5% — 8%。
5.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的溶液的PH值調(diào)到3.0。
6.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述氟化物溶液的質(zhì)量分數(shù)為2.18%。
7.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的反應(yīng)爸體積為45mL。
8.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的反應(yīng)溫度為220-240° C。
9.如權(quán)利要求1所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的收集產(chǎn)物采用離心分離或過濾來實現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求9所述的具有空心十四面體結(jié)構(gòu)的六氟鋰鈣鋁材料，其特征在于，所述的離心分離條件為:離心機轉(zhuǎn)速3500— 5000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為8 —10分鐘。
【文檔編號】C01F7/54GK103570050SQ201210347022
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】賈佩云, 孫元平 申請人:東北林業(yè)大學, 賈佩云, 孫元平