本文展示了一种独特的、相对低温的熔盐合成方法，用于制备均匀的复合金属氧化物镧铪酸盐纳米颗粒。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
可行合成方法的开发对于探索纳米材料的新颖性质及其潜在应用至关重要。本文介绍了用于制备金属氧化物纳米材料的熔盐合成法（MSS）。该方法相较于其他方法具有诸多优势，包括操作简便、环境友好、可靠性高、可规模化以及普适性强。以焦绿石结构的镧铪氧化物（La2Hf2O7）为例，我们详细描述了成功合成复杂金属氧化物纳米颗粒（NPs）的MSS实验方案。此外，该方法具有独特优势，可通过调节pH值、温度、反应时间及后续退火等合成参数，获得具有不同材料特性的纳米颗粒。通过精确调控这些参数，可制备出高度均匀、无团聚且高度结晶的纳米颗粒。作为一个具体实例，我们通过改变MSS过程中所用氨水溶液的浓度，调控La2Hf2O7 NPs的粒径大小，从而进一步研究粒径对多种性能的影响。预计在未来几年中，MSS方法将在纳米科学与纳米技术领域得到更广泛的应用，成为纳米材料合成的一种更受欢迎的方法。
引言
熔盐合成法（MSS）是指利用熔融盐作为反应介质，由前驱体材料制备纳米材料的方法。熔融盐充当溶剂，通过增大反应物之间的接触面积及其迁移能力，显著提高反应速率。熔盐的选择对于MSS方法的成功至关重要，所选盐类必须满足若干关键质量要求，如低熔点、与反应物种的相容性以及适宜的水溶性。尽管熔融盐此前已被用于促进固相反应的速率，但在助熔剂体系中仅使用少量熔融盐；而在MSS中，则需加入较大量以形成可溶性反应介质，并调控所合成纳米材料的性质，如颗粒尺寸、形貌和结晶度。 等等。）。从这个意义上说，MSS 是粉末冶金法的一种改进，不同于助熔剂法。1,2,3。使用熔盐可以（1）提高反应动力学速率4 同时降低合成温度5，（2）提高反应物的均一性程度6，（3）控制晶体尺寸和形貌7，以及（4）降低团聚程度。
由于具有优异的电学、化学、磁学、光学、电子学和热学性能，纳米材料在科学研究和新型工业应用中备受关注。这些性能高度依赖于颗粒的尺寸、形状和结晶度。与其他纳米材料合成方法相比，MSS 具有若干明显优势；尽管目前在....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
1. 准备 通过共沉淀法制备单一来源复合前驱体
- 镧和铪前驱体溶液的制备
- 在500 mL烧杯中量取200 mL蒸馏水，并以300 rpm的转速开始搅拌。
- 将镧和铪前驱体溶解于搅拌中的水中 [即 2.165 g六水合硝酸镧 (La(NO3)3•6H2O) 和 2.0476 g八水合二氯氧化铪 (HfOCl2•8H2O)]。
- 在开始滴定前，让溶液继续搅拌30分钟。
- 稀释氨溶液的制备
- 在另一个烧杯中配制200 mL不同浓度的稀释氨溶液，包括0.75%、1.5%、3.0%、6.0%和7.5%。例如，将20 mL浓氨溶液 (NH4OH (aq), 28–30%) 加入180 mL蒸馏水中，配制成3.0%的稀释氨溶液。
- 滴定及单源复合前驱体的洗涤
- 将上一步配制的稀释氨溶液加入滴定管中，并确保滴定管始终加盖，因为氨溶液易挥发，会导致其浓度降低。
- 将滴定管中的稀释氨溶液逐滴加入正在搅拌的硝酸镧和二氯氧化铪溶液中。
- 适当调节氨溶液的滴加速率，使其在2小时内加完。
- 当加入数毫升氨溶....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
所合成的 La2Hf2O7 纳米颗粒可能处于有序烧绿石相。然而，化学掺杂、压力和温度可使其相结构转变为缺陷萤石相。我们的材料可能存在多种相结构；但为简化起见，本文仅关注烧绿石相。已采用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱系统表征其相纯度、结构和相组成。晶体尺寸可通过Debye-Scherrer公式计算。另一方面，由于拉曼光谱对金属-氧（M-O）振动模式具有高灵敏度，因此被用作辅助的结构表征技术28，可鉴定La2Hf2O7 纳米颗粒的精确晶体学相29。
与其他合成技术（如固相反应）相比，熔盐法（MSS）具有较高的反应常数，意味着反应更倾向于正向进行30。通过增加反应物在熔盐体系内的接触界面.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
图4中的图表提供了MSS方法的多个可靠控制因素，并说明了用于微调所合成纳米材料特性的替代途径。此外，该图表有助于识别MSS过程中的关键步骤。
图 4：MSS 关键步骤的流程图，展示了纳米颗粒合成过程中调控其特性的潜在途径及控制因素。 请点击此处查看该图的放大版本。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
不存在任何利益冲突需要声明。
致谢
作者感谢美国国家科学基金会 CHE 项目（资助号 #1710160）和美国农业部国家食品与农业研究所（资助号 #2015-38422-24059）提供的经费支持。德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校化学系感谢罗伯特·A·韦尔奇基金会提供的系级资助（资助号 BX-0048）给予的大力支持。S.K.G. 感谢美国-印度教育基金会（USIEF）和国际教育研究所（IIE）为其富布赖特-尼赫鲁博士后研究奖学金（资助号 #2268/FNPDR/2017）提供的支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 丙酮，ACS级，99.5%以上 | Alfa Aesar | 67-64-1 | 经4A分子筛干燥 |
| 八水合二氯氧化铪，98%以上（以金属计，不含Zr），Zr <1.5% | Alfa Aesar | 14456-34-9 | 吸湿性 |
| 六水合硝酸镧(III) | Aldrich | 10277-43-7 | 吸湿性 |
| 硝酸钾，ReagentPlus R级，≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7757-79-1 | 吸湿性 |
| 硝酸钠，ReagentPlus R级，≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7631-99-4 | |
| 氢氧化铵，28% NH3，NH4OH | Alfa Aesar | 1336-21-6 | |
| 滤纸，P8级 | Fisherbrand |
参考文献
- Kimura, T. Molten salt synthesis of ceramic powders. Advances in Ceramics. , InTech. Chapter 4 75-100 (2011).
- Mao, Y., Park, T. J., Wong, S. S. Synthesis of classes of ternary metal oxide nanostructures. Chemical Communications. 0 (46), 5721-5735 (2005).
- Mao, Y., Zhou, H., Wong, S. S.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
