一种特殊形貌的纳米氧化镉的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种特殊形貌的纳米氧化镉的制备方法。该方法包括：将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，制得的混合液于180～200℃下反应10～12h，所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；将制得的氢氧化镉前驱体分段焙烧，得纳米氧化镉粉体；所得纳米氧化镉为多孔结构的六边形氧化镉纳米盘。本发明专利技术制得的纳米氧化镉粉体纯度高、催化性能高，用作高氯酸铵热分解的催化剂。本发明专利技术制备方法简单，成本低，适于工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种特殊形貌的纳米氧化镉的制备方法
本专利技术涉及一种高催化性能的特殊形貌的纳米氧化镉的制备方法，属于纳米材料

技术介绍
氧化镉(CdO)是一种典型的n型半导体材料，其带隙的差异源于镉和氧的空位，且与制备过程有密切的关系。氧化镉广泛应用于光电子领域，例如太阳能电池、光电晶体管、光电二极管、透明电极、气敏传感器等。同时，氧化镉也可用作高氯酸铵的热分解催化剂。高氯酸铵(AP)，分子式为NH4ClO4，无色或白色正交或针状结晶。有吸湿性，加热分解，受剧热或猛烈撞击能引起爆炸，属强氧化剂，常用作火箭推进剂。高氯酸铵的分解温度和分解速率等参数与火箭固体推进剂的燃烧性能存在密切关系。因此，制备形貌各异、微观结构特殊的金属氧化物纳米材料，从中筛选出具有优异性能的催化剂一直是人们关注的焦点。近年来，采用不同的方法制备不同形貌的纳米氢氧化镉Cd(OH)2，通过焙烧失水，获得纳米CdO的研究已有文献报道。其中，具有各向异性结构的六方CdO纳米盘的研究引起人们的极大兴趣。譬如，刘俊渤等利用水热法，将硝酸镉Cd(NO3)2溶液与氢氧化钾KOH溶液混合，加入适量的矿化剂NaNO3，在200-250℃烘箱中反应12h，合成六边形Cd(OH)2纳米盘。不加矿化剂NaNO3，则无六边形Cd(OH)2的产生。参阅《吉林大学学报(理学版)》，2009,47(3):605-608。文中没有制备六边形CdO的报道，也无催化性能测试。ShiWeidong等利用水热法，将CdCl2溶液与NaOH溶液混合，置于反应釜中，于140℃反应12h，经洗涤、干燥，制得六边形Cd(OH)2纳米盘，再经过350℃焙烧3h，获得六边形CdO纳米盘。该方法制备的六边形Cd(OH)2纳米盘，表面光滑，边长为45±5nm，厚度大约为20nm，其中有未生长完全的六边形的Cd(OH)2。上述六边形Cd(OH)2纳米盘经过350℃焙烧3h，全部转化为CdO。此时的纳米CdO保持了六边形纳米盘形貌，表面光滑，但是边长缩小，同时有一些CdO纳米盘结构坍塌，形貌破损。文中制备的六边形纳米CdO没有进行催化性质测试。参见CrystalGrowth&Design,2006,6(4):915-918。CN102432061A公开了一种简易溶剂体系中制备Cd(OH)2和CdO六方纳米盘的方法，采用溶剂热法，分别以CdCl2、Cd(NO3)2、Cd(CH3CH2COO)2、CdSO4为镉源与NaOH在水和乙二醇的混合溶液中充分反应；然后在干燥箱中一定温度(160～200℃)下反应4h得到棕红色溶液；60℃下真空干燥，得到Cd(OH)2棕红色粉末。于220℃高温煅烧24h，制得CdO白色粉末，其微观形貌为六边形的纳米盘。制得的CdO纳米盘表面光滑，边长为100nm～2μm，厚度为50～100nm，但是大小不够均匀，形貌也不够规则。同样，也没有相关催化性能的测试研究。在现有技术公开的制备六边形CdO纳米盘中，有的需要添加矿化剂；有的需要长时间的高温煅烧；有的制备的六边形Cd(OH)2纳米盘厚度较薄，在焙烧转化为六边形CdO纳米盘时，导致产物的结构坍塌，形貌破损，进而影响到其化学性质。因此，亟需探寻一种简便制备对高氯酸铵热分解具有较好催化性能的六边形CdO纳米盘的方法。为此提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种用于催化高氯酸铵热分解的特殊形貌的纳米氧化镉的制备方法。本专利技术的方法成功地合成了形貌规则、多孔结构的六边形CdO纳米盘粉体材料，并经试验测试证明对高氯酸铵的热分解具有较好催化性能。本专利技术的技术方案如下：一种高催化性能的特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，包括步骤如下：(1)将硝酸镉溶于无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；将氢氧化锂溶于二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，继续搅拌30～90min；(2)将步骤(1)制得的混合液置于反应釜中，于180～200℃下反应10～12h；所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；(3)将步骤(2)制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，依次在160～220℃、280～340℃温度下分段焙烧，得到纳米氧化镉；所得纳米氧化镉为多孔结构的六边形CdO纳米盘。根据本专利技术，所述纳米氧化镉的多孔结构的六边形CdO纳米盘由小立方体组装形成，所述小立方体的边长为230～260nm，所述六边形纳米盘的边长500nm～1μm，厚度为230～270nm。根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述的硝酸镉为四水硝酸镉。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比＝1:2.3～2.7；进一步优选，所述硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比＝1:2.5；硝酸镉与氢氧化锂的用量比会对产物形貌带来重要影响。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的继续搅拌时间为50～70min，进一步优选的，继续搅拌时间为60min。根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述的洗涤是依次用二次蒸馏水、无水乙醇洗涤。根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述的干燥温度为80～90℃，干燥时间为20～38h；进一步优选的，干燥温度为85℃，干燥30h。根据本专利技术优选的，步骤(3)中所述的分段焙烧为180～220℃焙烧1～1.5h，然后280-320℃焙烧2～2.5h；进一步优选分段焙烧温度相差80-100℃为佳。最优选的，所述的分段焙烧为200℃焙烧1h，然后300℃焙烧2h。所述焙烧温度和两段焙烧的方式也是制备形貌规则的、多孔六边形氧化镉纳米盘的关键因素。根据本专利技术优选的，步骤(2)制得的氢氧化镉前驱体为六方晶相，形貌特征为表面光滑的、规则六边形的氢氧化镉纳米盘，边长400～900nm，厚度为210～300nm。进一步优选的，所述六边形的氢氧化镉纳米盘边长为500～800nm，厚度为230～280nm。将该氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，经过两次焙烧，制得氧化镉粉体。该氧化镉为立方晶相，形貌特征为由小立方体组装形成规则多孔的六边形氧化镉纳米盘。小立方体的边长为230～260nm，组装成的六边形纳米盘的边长500nm～1μm，厚度为230～270nm。进一步优选的，小立方体的边长为250～260nm，组装成的六边形纳米盘的边长700～900nm，厚度为250～260nm。本专利技术制备的特殊形貌的氧化镉纳米盘在催化高氯酸铵热分解方面的应用。本专利技术制备的特殊形貌的氧化镉纳米盘用作高氯酸铵热分解催化剂。本专利技术采用热重-差热分析法(TG-DTA)测试了多孔结构的六边形CdO纳米盘对高氯酸铵的热分解催化性能，催化性能测定结果表明，本专利技术制备的多孔结构的六边形氧化镉纳米盘具有较好的催化性质，可作为高氯酸铵的高效热分解催化剂应用。本专利技术的技术特点与优良效果：本专利技术用硝酸镉与氢氧化锂经溶剂热反应生成表面光滑、质密规则的六边形氢氧化镉前驱体，然后经连续两次不同温度的焙烧，得到纳米氧化镉粉体，微观形貌为由小立方体组装形成规则多孔的六边形氧化镉纳米盘。本专利技术制备的质密规则的六边形形貌的氢氧化镉前驱体的特点是大小均匀，厚度较厚，所以在焙烧失水转变为氧化镉过程中，既能形成多孔的微观结构，又能够保持完整的六边形形貌。该特殊的微观形貌是其具有较好的催化性能的前提。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，包括步骤如下：(1)将硝酸镉溶于无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；将氢氧化锂溶于二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，继续搅拌30～90min；(2)将步骤(1)制得的混合液置于反应釜中，于180～200℃下反应10～12h；所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；(3)将步骤(2)制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，依次在160～220℃、280～340℃温度下分段焙烧，得到纳米氧化镉；所得纳米氧化镉为多孔结构的六边形CdO纳米盘。

【技术特征摘要】
1.一种特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，包括步骤如下：(1)将硝酸镉溶于无水乙醇中，形成硝酸镉乙醇溶液；将氢氧化锂溶于二次蒸馏水中，形成氢氧化锂溶液；在搅拌条件下，将氢氧化锂溶液逐滴加入硝酸镉乙醇溶液中，形成均匀的混合液，继续搅拌30～90min；(2)将步骤(1)制得的混合液置于反应釜中，于180～200℃下反应10～12h；所得产物经洗涤、干燥，得氢氧化镉前驱体；(3)将步骤(2)制得的氢氧化镉前驱体置于马弗炉中，依次在160～220℃、280～340℃温度下分段焙烧，得到纳米氧化镉；所得纳米氧化镉为多孔结构的六边形CdO纳米盘。2.如权利要求1所述的特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，其特征在于所述纳米氧化镉的多孔结构的六边形CdO纳米盘由小立方体组装形成，所述小立方体的边长为230～260nm，所述六边形纳米盘的边长500nm～1μm，厚度为230～270nm；优选的，所述小立方体的边长为250～260nm，组装成的六边形纳米盘的边长700～900nm，厚度为250～260nm。3.如权利要求1所述的特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的硝酸镉为四水硝酸镉。4.如权利要求1所述的特殊形貌纳米氧化镉的制备方法，其特征在于步骤(1)中，硝酸镉与氢氧化锂的摩尔比＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：景志红，郭道军，颜廷江，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37