本發(fā)明屬于無機非金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種鉻鐵酸鑭納米材料的制備方法。

背景技術(shù)：

鈣鈦礦類型化合物的分子通式一般為ABO₃，這種一大類的化合物最早被發(fā)現(xiàn)在鈣鈦礦石中的鈦酸鈣(CaTiO₃)化合物，因此而得名。因鈣鈦礦類化合物晶體結(jié)構(gòu)上有許多特性，在凝聚態(tài)物理、磁性材料等領(lǐng)域研究非常廣泛。晶結(jié)構(gòu)中的A位一般是稀土或堿土元素離子，B位為過渡元素離子，A位和B位也可以被半徑相近的其它金屬離子部分取代而保持其晶體結(jié)構(gòu)基本不變。

鉻鐵酸鑭（LaFe_1/2Cr_1/2O₃）是一種重要的磁性鈣鈦礦型材料（A位置是La；B位置是Fe_1/2Cr_1/2）。鉻鐵酸鑭主要應(yīng)用于光催化、離子傳感、磁阻材料、燃料電池等領(lǐng)域。鉻鐵酸鑭的結(jié)構(gòu)也可以認為La₂FeCrO₆，由于其B位置上是Fe和Cr兩種離子半徑很相近的離子構(gòu)成，其材料的性質(zhì)與Fe和Cr兩種離子在晶體結(jié)構(gòu)中的排布有很大關(guān)系。傳統(tǒng)的制備鉻鐵酸鑭納米材料的固相反應(yīng)技術(shù)耗時較長且需要高溫條件，反應(yīng)通常是在1100～1300°C下進行,從而限制了鉻鐵酸鑭納米材料的生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種工藝簡單，目的產(chǎn)物收率高，制備成本低，操作工藝簡單，分散性好的鉻鐵酸鑭納米材料的制備方法。本發(fā)明通過利用交聯(lián)劑，實現(xiàn)了低溫固相煅燒制取純相鉻鐵酸鑭納米材料的工藝過程。通過多組對比試驗，發(fā)現(xiàn)了交聯(lián)劑在反應(yīng)中起著重要作用，利用其在反應(yīng)中的熔化與燃燒放熱成功的生成了具有良好結(jié)晶度的鉻鐵酸鑭納米材料。本發(fā)明制備方法同樣可以應(yīng)用于和鉻鐵酸鑭相似的其它功能材料的化學(xué)合成研究，且具有廣闊的應(yīng)用前景。

為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。

一種鉻鐵酸鑭納米材料的制備方法，系將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸在水中充分溶解，在攪拌并加熱條件下進行交聯(lián)反應(yīng)后，自然冷卻后放入研缽中研磨，接續(xù)高溫煅燒反應(yīng)，溫度下降至室溫，即得到鉻鐵酸鑭納米材料。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述的硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶12～120。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述的硝酸鑭的摩爾濃度為0.02～0.4 mol/L；所述的硝酸鐵的摩爾濃度為0.01～0.2 mol/L；所述的硝酸鉻的摩爾濃度為0.01～0.2 mol/L；所述的檸檬酸的摩爾濃度為0.12～2.4 mol/L。

進一步地，本發(fā)明所述的攪拌溶解的時間為30～60分鐘。

進一步地，本發(fā)明所述的交聯(lián)反應(yīng)的攪拌速度為100～600 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為150～500 °C，交聯(lián)反應(yīng)時間為1～10 h。

進一步地，所述的研缽中研磨的時間為1～3 h。

進一步地，所述的高溫煅燒反應(yīng)的溫度在600～800 °C，升溫速率為5～20 °C/分鐘，反應(yīng)時間為4～24 h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點。

（1）鉻鐵酸鑭納米材料的制備工藝路線簡單，制備成本低，操作容易控制。在不高于800°C的條件下就可以制備出純相的鉻鐵酸鑭納米材料，并且生產(chǎn)效率較高，目的產(chǎn)物收率為99.5%～99.8%。

（2）目的產(chǎn)物鉻鐵酸鑭納米材料，其純度高（99.92％～99.98％），雜質(zhì)含量低。

（3）目的產(chǎn)物鉻鐵酸鑭材料是納米尺度材料，其尺寸為30~50 nm，可滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︺t鐵酸鑭納米材料產(chǎn)品的要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。

圖1為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的X射線衍射圖。

圖2為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的SEM圖。

圖3為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的SEM圖。

圖4為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的SEM圖。

圖5為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的SEM圖。

圖6為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料的SEM圖。

具體實施方式

本發(fā)明以硝酸鑭、硝酸鉻、硝酸鐵和檸檬酸為原料，原料按照一定的摩爾配比，在水中充分溶解，然后在攪拌并加熱條件下交聯(lián)反應(yīng)后，在研缽中研磨，接續(xù)高溫煅燒反應(yīng)，溫度下降至室溫，即得到鉭酸鑭粉體，其制備步驟是。

（1）將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸按照一定的摩爾比稱量后，放入在水中充分溶解，攪拌溶解的時間為30～60分鐘。

（2）將上述溶液，在攪拌速度為100～600 轉(zhuǎn)/分鐘，溫度為150～500 °C，交聯(lián)反應(yīng)1～10 h。

（3）將上述的交聯(lián)反應(yīng)后的產(chǎn)物放入研缽中研磨，研磨的時間為1～3 h。

（4）將上述的研磨后產(chǎn)物物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，煅燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度600～800 °C，升溫速率為5～20 °C/分鐘，反應(yīng)時間為4～24 h，即制得鉻鐵酸鑭納米材料。

參見圖1，本發(fā)明將制備所得的鉻鐵酸鑭納米材料進行XRD分析，其結(jié)果是，所得產(chǎn)品鉻鐵酸鑭納米材料XRD衍射花樣為典型的ABO₃鈣鈦礦型晶體衍射花樣，且結(jié)晶度很強。參見圖2～6所示，為本發(fā)明所制備的鉻鐵酸鑭納米材料進行的掃描電鏡（SEM）圖，所得產(chǎn)品鉻鐵酸鑭納米材料，納米粒子的尺寸為30~50 nm。

實施例1。

將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸準(zhǔn)確稱量后放入水中充分攪拌溶解，攪拌時間30分鐘。上述硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶12。硝酸鑭的摩爾濃度為0.02 mol/L；硝酸鐵的摩爾濃度為0.01mol/L；硝酸鉻的摩爾濃度為0.01 mol/L；檸檬酸的摩爾濃度為0.12 mol/L。然后將該溶液，在攪拌速度為100 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為150 °C，交聯(lián)反應(yīng)10 h，反應(yīng)后，自然冷卻至室溫，放入研缽中研磨細致，研磨時間3 h。將上述的混合物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，進行高溫煅燒，升溫速率為5 °C/分鐘，反應(yīng)溫度800 °C，反應(yīng)時間為4 h，冷卻后即得到鉻鐵酸鑭納米材料。其納米粒子的尺寸為30 nm，產(chǎn)品的收率為99.7%，產(chǎn)品純度為99.97%，雜質(zhì)含量：碳小于0.03%。

實施例2。

將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸準(zhǔn)確稱量后放入水中充分攪拌溶解，攪拌時間60分鐘。上述硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶12。硝酸鑭的摩爾濃度為0.20 mol/L；硝酸鐵的摩爾濃度為0.10mol/L；硝酸鉻的摩爾濃度為0.10 mol/L；檸檬酸的摩爾濃度為1.20 mol/L。然后將該溶液，在攪拌速度為600 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為500 °C，交聯(lián)反應(yīng)1 h，反應(yīng)后，自然冷卻至室溫，放入研缽中研磨細致，研磨時間1 h。將上述的混合物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，進行高溫煅燒，升溫速率為10 °C/分鐘，反應(yīng)溫度800 °C，反應(yīng)時間為24 h，冷卻后即得到鉻鐵酸鑭納米材料。其納米粒子的尺寸為40 nm，產(chǎn)品的收率為99.6%，產(chǎn)品純度為99.93%，雜質(zhì)含量：碳小于0.07%。

實施例3。

將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸準(zhǔn)確稱量后放入水中充分攪拌溶解，攪拌時間50分鐘。上述硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶120。硝酸鑭的摩爾濃度為0.02 mol/L；硝酸鐵的摩爾濃度為0.01 mol/L；硝酸鉻的摩爾濃度為0.01 mol/L；檸檬酸的摩爾濃度為1.20 mol/L。然后將該溶液，在攪拌速度為100 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為350 °C，交聯(lián)反應(yīng)5 h，反應(yīng)后，自然冷卻至室溫，放入研缽中研磨細致，研磨時間2 h。將上述的混合物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，進行高溫煅燒，升溫速率為20 °C/分鐘，反應(yīng)溫度600 °C，反應(yīng)時間為24 h，冷卻后即得到鉻鐵酸鑭納米材料。其納米粒子的尺寸為50 nm，產(chǎn)品的收率為99.5%，產(chǎn)品純度為99.92%，雜質(zhì)含量：碳小于0.08%。

實施例4。

將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸準(zhǔn)確稱量后放入水中充分攪拌溶解，攪拌時間40分鐘。上述硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶60。硝酸鑭的摩爾濃度為0.02 mol/L；硝酸鐵的摩爾濃度為0.01 mol/L；硝酸鉻的摩爾濃度為0.01 mol/L；檸檬酸的摩爾濃度為0.6 mol/L。然后將該溶液，在攪拌速度為300 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為400 °C，交聯(lián)反應(yīng)10 h，反應(yīng)后，自然冷卻至室溫，放入研缽中研磨細致，研磨時間2 h。將上述的混合物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，進行高溫煅燒，升溫速率為10 °C/分鐘，反應(yīng)溫度800 °C，反應(yīng)時間為5 h，冷卻后即得到鉻鐵酸鑭納米材料。其納米粒子的尺寸為35 nm，產(chǎn)品的收率為99.6%，產(chǎn)品純度為99.95%，雜質(zhì)含量：碳小于0.05%。

實施例5。

將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸準(zhǔn)確稱量后放入水中充分攪拌溶解，攪拌時間30分鐘。上述硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鉻和檸檬酸的摩爾比為2∶1∶1∶60。硝酸鑭的摩爾濃度為0.04 mol/L；硝酸鐵的摩爾濃度為0.02 mol/L；硝酸鉻的摩爾濃度為0.02 mol/L；檸檬酸的摩爾濃度為1.20 mol/L。然后將該溶液，在攪拌速度為300 轉(zhuǎn)/分鐘，交聯(lián)反應(yīng)的溫度為250 °C，交聯(lián)反應(yīng)8 h，反應(yīng)后，自然冷卻至室溫，放入研缽中研磨細致，研磨時間2 h。將上述的混合物裝入坩堝中后放入箱式電阻爐中，進行高溫煅燒，升溫速率為10 °C/分鐘，高溫反應(yīng)溫度700 °C，反應(yīng)時間為9 h，冷卻后即得到鉻鐵酸鑭納米材料。其納米粒子的尺寸為45 nm，產(chǎn)品的收率為99.8%，產(chǎn)品純度為99.98%，雜質(zhì)含量：碳小于0.02%。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。