la2（co3）3納米線的微乳液法制備與表征

1、 第 7期 2 0 0 4年 7月 無 機(jī) 化 學(xué) 學(xué) 報(bào) C HI NES EJ 0URNAL0FI N0RGANI CC HEMI S T RY Vo 1 ． 2 0 ．N o ． 7J u 1 ． ， 2 0 0 4研究簡報(bào) 石 石 關(guān)鍵詞 ：分類 號(hào) ：L a 2 ( c o 3 ) 3 納米線的微乳液法制備與表征 郭廣生 顧福博 王志華 郭洪猷 ( 北京化工 大學(xué)可控 化學(xué)反應(yīng)科 學(xué)與技 術(shù)基礎(chǔ)教 育部 重

2、點(diǎn) 實(shí)驗(yàn) 室， 北京 1 0 0 0 2 9 )微乳液 L a ~ ( C O 3 ) 。納米線 O6 14 ． 2 3 + 1自 1 9 9 1 年 日本科學(xué) 家飯 島( I i j i m a ) 發(fā) 現(xiàn)碳納 米 管 以來 I 1 1 ， 科技 工 作者 對(duì) 一維 納 米材 料進(jìn) 行 了大 量 的研究 。 人們 已經(jīng)通 過模板 、 化 學(xué)氣相沉積 、 電化學(xué) 、水熱 ( 或溶劑熱 ) 和微乳液 等方法制備 出一系列 納米 線【 2

3、卅 ( 包括 金屬 、 非 金屬 、 合 金 、 金屬氧 化物 、 無機(jī) 鹽 及 聚合物等 ) 。 由于微乳液( m i c r o e mu l s i o n ) 法或反 相 膠 束 r e v e r s em i c e l l e ) 法 在 制備 納 米線 的過 程 中 ， 可 以通過改 變反應(yīng)物 的濃度 、 反應(yīng) 時(shí)間及 0 ( 水 和表面 活性 劑的物質(zhì) 的量之 比)的辦法來控 制納米材料 的 大小 和形狀 ， 達(dá)到對(duì)納

4、米材料 的可控 制備 ， 因而被視 為 一種較 有前景 的制備方法 。 目前 ， 通過微乳 液法 制 備 出 的無機(jī) 鹽納 米 線有 C a C O 3 、 B a C O 3 、 C a S O 4 U o ~ 1 2 1及 B a WO1 等 ， 多為 M X( 其 中 M 為 陽離子 ， X為 等 價(jià) 陰離子 ) 型。 本文 以 L a ( N 0 3 ) 3 · n H 2 0和 N a 2 C O 3 為原 料 ，

5、通過微乳 液法 ， 首次制備 出 L a 2 ( C O 3 ) ， 納米線 。通 過 改變?nèi)芤?的 p H值 和濃 度 、反應(yīng)溫 度和反應(yīng) 時(shí) 間等因素進(jìn)一步探討 微乳液體 系中納米材料的形成規(guī) 律 。研究發(fā) 現(xiàn) ， 上述 四因素對(duì)產(chǎn)物 的尺寸 、 形貌等性 質(zhì) 均有一定 的影 響。1試 驗(yàn) 部 分 1 ． 1 試劑 與儀器 試 劑 ： L a ( N O 3 ) 3 · n H 2 O， N a 2 C O 3 ， 環(huán) 己

6、烷 和正 丁醇 均 為分 析純 ； 表面 活性 劑 T X 一 1 0 0 ( 辛 基 酚聚 氧 乙烯 ( 9 ) 醚 ) 為化學(xué) 純 ； 實(shí)驗(yàn) 中均采用去離子 水。儀 器 ： 日立 H ． 8 0 0透 射 電子 顯 微鏡 ( 加 速 電 壓 2 0 0k V) 。收稿 1 3期： 2 0 0 4 - 0 2 — 2 3 。收修 改稿 日期： 2 0 0 4 — 0 4 — 1 4 。國家 自然 科學(xué) 基金 資助項(xiàng) 目( N o ．

7、2 0 2 7 1 0 0 6 ) ?！锿?訊聯(lián) 系人 。E — m a i l ： g u o g s @ m a i l ． b u c t ． e d u ． c n第一 作者： 郭廣 生， 男， 4 l 歲， 教授： 研究 方 向： 納 米材 料 的制備 及應(yīng)用 。1 ． 2 微 乳液的配制 A液 ： 1m L0 ． 1m o l · L —L a ( N O ~ ) 3 ， 3m LT X 一 1 0 0 ，3 0m

8、 L環(huán)己烷 ， 2m L正丁醇 B 液 ： 1m L0 ． 1 5m o l · L ～N a 2 C O 3 ， 3m LT X 一 1 0 0 ，3 0m L環(huán)己烷 ， 2m L正丁醇 1 ． 3L a d C O 3 ) 3 納米線的制備將 A液 和 B液快 速混合并 高速攪拌 1 0m i n ， 然 后將混合 的乳 液分別 陳化 2 4h及 4 8h 。1 ． 4T E M 及 S A E D表征 將 陳化后 的溶液

9、進(jìn)行離 心分離 。得到 的沉 淀用 乙醇 為分散劑 ，點(diǎn)樣 于銅 網(wǎng)上進(jìn)行 電鏡 和電子衍射 分析 。2 結(jié) 果 與討 論 由于微乳液體系有一定 的 自組裝特性 ，因而可 以通 過選擇適 當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條 件 ，得到不 同形 態(tài)的納米 線 。為此 ， 我們 分別改變?nèi)?液 的 p H值 和濃度 、 反應(yīng) 溫度及反應(yīng)時(shí) 間 ， 而保持其 他條 件不變 。2 ． 1p H值 由于 L a在水溶液 中易發(fā) 生水解 而形成堿 式鹽 沉 淀 ， 因而必

10、須對(duì)其水溶液進(jìn)行 預(yù)處理 ， 使 溶液 中游 離的離子數(shù) 目大 大增 加 ，這樣有利 于溶 液 中的離子 找到 自己合適的位置并長成晶體。 研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)溶液 的 p H > 7時(shí) ， 不能得 到納 米線 ； 而所用 溶液 的 p H值 為 1 - 2時(shí) ， 能夠得 到大量 的 L a 2 ( C O ， ) ， 納 米線 。根據(jù) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們認(rèn) 為 ， 乳液 中可能發(fā)生如下化學(xué) 反應(yīng) ：2 L a+3 H C O 3 - =L

11、a 2 ( C O 3 ) 3+3 H維普資訊 http://www.cqvip.com · 8 6 2 ·無 機(jī) 化 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 2 0 卷 3結(jié) 論 實(shí)驗(yàn)表 明 ， 選擇適 當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條件 ， 通過微乳液法 可 以合 成 L a( c o 3 ) ， 納米線 其長度 可達(dá) 十幾 個(gè)微米 ，直徑為 3 0 — 2 0 0n m。反應(yīng)物的濃度 和 p H值 、 反應(yīng)溫 度及反應(yīng) 時(shí)間對(duì)納米線 的生長均有 一定 的

12、影響 。只有在適 當(dāng)?shù)?p H值條 件下才能 得到 L a ~ ( C 0 3 納 米線 ；反應(yīng) 物濃 度減小 ， 納米線 的尺寸也會(huì) 減小 ； 反應(yīng) 溫度 較高 時(shí) ， 會(huì)得到形 狀不規(guī)則 的產(chǎn) 物 ； 適 當(dāng)增加 反應(yīng)時(shí) 間， 對(duì)產(chǎn)物 的晶化 生長有顯著影 響。因此 ， 本工 作對(duì) 解 釋微 乳 液體 系 中納 米線 的形 成機(jī) 理 有一 定 的意 義。參 考 文 獻(xiàn) 【 l lI i j i m aS ． N a t u r e

13、， 1 9 9 1 ， 3 5 4 ， 5 6 ．【 2 】 H uJ ． T ． ， O d o mT ． W． ， L i e b e rC ． M． Ac c ． C h e m ． R e s ． ， 1 9 9 9 ，3 2 ， 4 3 5 ．【 3 】 X i aY ． N ． ， Y a n gP ． D ． ， S u nY ． G ． e ta 1 ． A d v ． Ma t e r ． ， 2 0 0 3 ，1 5

14、 ， 3 5 3 ．【 4 】 WuY ． Y ． ， Y a nH ． Q ． ， H u a n gM． e ta 1 ． C h e m ． E u r ． 』 ， 2 0 0 2 ，8， 1 2 6 0 ．【 5 】 P a t z k eG ． R ． ，K r u m e i c hF ． ， N e s p e rR ． An g e w ．C h e m ． I n t ．Ed ． ，2 0 0 2 ， 4 1 ， 2

15、4 4 6 ．【 6 】 D u a nX ． F ． ， H a n gY ． ， A g a r w a lR ． e ta 1 ． N a t u r e ， 2 0 0 3 ， 4 2 1 ，2 41 ．【 7 】 Z h a n gJ ． ， S u nL ． D ． ， L i a oC2 6 2 ．【 8 】 Z h a n gJ ． ， S u nL ． D ． ， L i a oC41 7 2 ．S． e ta 1 ．

16、C h e m．C o mm． ， 2 0 0 2 ， 3 ，S． e ta 1 ．C h e m． M a te r ． ，2 0 0 2 ， 1 4 ，【 9 】 Z h a n gD ． F ． ， S u nL ． D ． ， Y i nJ ． L ． e ta 1 ． A d v ． M a t e r ． ， 2 0 0 3 ，1 5， 1 0 2 2 ．【 1 0 ] K u a n gD ． B ． ， X uA ． W

17、． ， F a n gY ． P ． e ta 1 ． J o u r n a ／ o fC r y s t a lGr o wt h ， 2 0 0 2 ， 2 4 4， 3 7 9．【 1I I Z H O UH a i — C h e n g ( 周 海 成) ， X UJ i a n ( 徐 鍵 ) ， X US h e n g ( 徐 晟) ， L IY a — D o n g ( 李 亞 棟)V C u j iH u a x

18、 u eX u e b a o ( C h i n e s e』l n o r g ． C h e m ． ) ， 2 0 0 2 ， 1 8 ( 8 ) ， 8 1 5 ．【 1 2 ] G A OY u a n - H a o ( 高遠(yuǎn)浩) ， N I UH e — L i n ( 牛和林) ， C H E NQ i a n —Wa n g ( 陳 乾 旺 )H u a x u eX u e b a o ( C h i n e s

19、e． J =I n o r g ．C h e m ． ) ， 2 0 0 3 ， 1 9 ( 1 ) ， 3 7 ．【 1 3 l S h iH ． T ． ， Q iL ． M． ， M aJ ． M． e ta 1 ．A m ．C h e m ． S a c． ，2 帥 3． 1 2 5 ． 3 4 5 0．【 1 4 ] Z h a n gY ． J ． ， G u a nH ． M． J o u r n a lo f C r

20、y s t a lG r o w t h ， 2 0 0 3 ，2 5 6 ， 1 5 6．【 1 5 ] F a n gY ． P ． ， X uA ． W． ， S o n gR ． Q ． e ta 1 ． 上A m ． C h e m ． S a c． ，2 帥 3 ． 1 2 5 ． 1 6 0 2 5 ．P r e p a r a t i o na n dC h a r a c t e r i z a t i o no fL

21、 a ~ ( C O3 ) 3N a n o w i r e si nM i c r o e mu l s i o nS y s t e m GUO Gu a n g — S h e n gGUF u — BoWANG Zh i — Hu aGUO Ho n g — Yo u( K e yL a b ． f o rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo f C o n t r o l l a

22、 bl eC h e m i c a lR e a c t i o n s ， E d u c a t i o nM i n ~ t r y B e i j i n gU n i v e r s i t yo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y, B e i j i n g1 0 0 0 2 9 )L a 2 ( c o 3 ) 3n a n o w i r e sw e r ep r e p a r

23、 e di nt h en o n i o n i cs u r f a c t a n tm i c r o e m u l s i o n ( T r i t o nX 一 1 0 0 ／ c y c l o h e x a n e ／ w a t e r )s y s t e m． T r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y( T E M )a n ds e

24、l e c t e da r e ae l e c t r o n i cd i f f r a c t i o n( S A E D )w e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h es h a p ea n ds i z eo ft h ep r o d u c t s ． Th er e s u l t ss h o we dt h a tt h ep H v a l u ea n dc

25、 o n c e n t r a t i o no fmo t h e rs o l u t i o n ， t e m p e r a t u r ea n da g i n gt i m ea l lc o u l da f f e c tt h em o r p h o l o g ya n ds i z eo ft h eL a 2 ( C 03n a n o w i r e s 。 T h el e n g t h so ft