解析稀土化合物纳米粒子与纳米棒的水热合成与表征

金鑫（西安文理学院 化学与化学工程学院 陕西省西安市 710065）

一、前言

纳米材料是自身具有特殊的性能与结构，其被广泛的应用在生物医药、光学、电子学、物理学、化学等众多领域。近年来，一维纳米材料，包括纳米线、纳米管、纳米棒等特殊的性质，以及其在纳米器件方面的应用，致使其受到了广泛的关注。目前，制备纳米棒的方法有许多中，主要包括水热法、CAD法、SLS法、模板法等，其中水热法具有纯度可控、组成、操作简单的优点，致使其比其他制备纳米棒的应用更广泛。稀土化合物在医药、催化、磁性材料、光学材料等方面的应用，而纳米稀土化合物纳米粒子的宏观两字隧道效应、截面效应、尺寸效应等，致使其在化学活性、催化、热、词等方面具有更加优异的性能。

二、水热合成反应合成稀土纳米粒子和纳米棒的原理

水热原来是用于地质学中描述地壳中水在压力和温度联合作用喜爱的反应过程，随后越来越多的化学反应也广泛的应用水热这一词汇。水热法也叫热液法，属于化学法的范围，其指的是以水为溶剂，在密封的压力容器中，在高压、高温的条件下进行化学反应。根据会热反应类型的不同，可以将水热反应分为：水热结晶、水热水解、水热合成、水热沉淀、水热还原、水热氧化等。水热法的原理为先溶解、再结晶的原理：即先在水热介质中将营养料溶解，保证营养料以分子团、离子的形式进入溶液中，然后通过一定温度的反应釜，把这些离子团、分子团、离子等运输到低温区，保证其与籽晶的生长区进行结晶，例如实验中的稀土氟化物纳米粒子与稀土氢氧化镨纳米棒都是用这种方法制备的，由于两者在经理水热处理过程的溶解和重结晶的形式存在一定的差异，致使其晶体的结构也存在一定的差异，生成不同微观形状的纳米棒和纳米粒子。

三、实验

1.制备稀土氢氧化镨纳米棒。精确称量氧化镨3.5g，将其溶解在体积分数为10%的硝酸溶液中，制备澄清透明溶液，然后用10%的氢氧化钾溶液将其PH值调节至11.0-12.0之间，制备得到胶状沉淀物，把胶状沉淀物添加到聚四氟乙烯内胆的水热反应釜之中，在160℃的密封状态下反应15个小时，经过水热处理后经过自然冷却得到沉淀物，然后将沉淀物用去离子水洗涤，然后再用乙醇洗涤，当清洗干净后在60℃下进行脱水干燥，得到的产物就是稀土氢氧化镨纳米棒。

2.制备稀土氟化物纳米粒子。精确称量氧化镧3.5g，将其溶解在体积分数为10%的硝酸溶液中，制备澄清透明溶液，然后加入氟化钠声场胶状沉淀物，再用质量分数为10%的氢氧化钾溶液将溶液PH值调节至3.0-4.0之间，将得到的胶状混合物添加到聚四氟乙烯内胆的热水反应釜之中，在100℃的密封状态下反应15个小时，经过水热处理后经过自然冷却得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤，再用乙醇洗涤，当洗涤干净后在60℃下进行脱水干燥，得到的产物就是稀土氟化物纳米粒子。

3.表征。利用Thermo ARL SCINTAG TRA X射线衍射仪就进行X射线衍射分析，采用Cu Kα辐射，λ=0.15406nm。管流45m A，管压为50kV，采用步进扫描，步长为0.02°，步扫时间为2秒，然后利用透射电镜和发射扫描电镜进行观察，然后再用Thermo Noran VANTAGESI能谱仪对产物进行扫描，然后进行结果分析。

四、结果与分析

1.氢氧化镨纳米棒的表征。经过用发射扫描电镜和透射电镜的观察，发现水热合成的氢氧化镨纳米棒长度差异较大，表现为25nm-260nm，平均长度为125nm，纳米棒直径相对均匀，平均直径为23nm。根据水热合成的氢氧化镨纳米棒的TG-DTA分析得知：其在350℃具有吸热峰，并且氢氧化镨纳米棒在310℃-350℃范围内具有明显的失重，失重率R=11.3%，经过对吸热峰和失重率的分析得知，氢氧化镨纳米棒并没有产生其他的吸放热和其他失重状况，证明水热合成的氢氧化镨纳米棒具有很高的纯度；根据水热合成氢氧化镨纳米棒的XRD衍射峰分析得知：水热合成的氢氧化镨为六方晶体，晶胞参数为c=0.3546nm，a=0.6154nm，经过与标准卡片的比较，其中并没有出现杂峰，仅有氢氧化镨的衍射峰，表明氢氧化镨纳米棒具有较高的纯度。

2.稀土氟化物纳米粒子的表征。经过用发射扫描电镜和透射电镜的观察，发现水热合成的稀土氟化物纳米粒子为类球形或者球形，在水热反应温度为100℃，n（Ln）：n（F）=1:3，PH=5.0时，Sm F3、PrF3纳米粒子的平均直径分别为34.3nm、34.5nm。将稀土氟化物纳米驴子的XRD衍射峰和相应的标准卡进行比较，并没有出现其他的杂峰，这就表明水热合成的稀土氟化物纳米粒子的纯度很高。此外，经过观察发水热合成的稀土氟化物为六方晶型，并且与相应的衍射图片相对一致，表明稀土氟化物纳米粒子的结晶度很高。

结束语

根据稀土氟化物纳米粒子的表征得知：水热合成的稀土氟化物纳米粒子的平均粒径为34.4nm，并且其中大部分纳米粒子为类球形或者球形，并且水热合成的稀土氟化物纳米粒子具有很高的纯度与结晶度；根据稀土氢氧化镨纳米棒的表征得知：平均长度为125nm，平均直径为23nm，水热合成的氢氧化镨纳米棒为六方晶型，并且氢氧化镨纳米棒具有很高的纯度。

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