[发明专利]一种采用自牺牲模板法制备无水稀土层状氢氧化物的方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种采用自牺牲模板法制备无水稀土层状氢氧化物Y₂(OH)₄SO₄的方法。

背景技术：

稀土层状氢氧化物(LREH)有益的结合了稀土元素独有的光电磁性能及层状化合物的层状特性。近期在传感、药物运输、中子捕获治疗和发光等领域得到了广泛关注。稀土层状氢氧化物的通式为RE₂(OH)_6-m(A^x-)_m/x·nH₂O(1≤m≤2，A^x-为x价的阴离子)。m＝1时该类化合的通式可简化为RE₂(OH)₅(A^x-)_1/x·nH₂O(LREH-I型)，并以RE₂(OH)₅A·nH₂O为典型代表(层间为Cl^-和NO₃^-等一价阴离子)。因其RE³⁺∶OH^-∶A^-的摩尔比为2∶5∶1，故可简称为LREH-251型化合物。m＝2时该类化合的通式则简化为RE₂(OH)₄(A^x-)_2/x·nH₂O(LREH-II型)。Sasaki等人于2010年首次报道的稀土层状氢氧化物RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O(RE＝Pr-Tb；n～2)即属于LREH-II型(简称为LREH-241型)。该类新型化合物的层板由九配位多面体[RE(OH)₈H₂O]通过共边兼共面连接而成，位于层间的硫酸根起到平衡电荷的作用。该类化合物独特的配位方式和化学计量配比使其有望在发光和光催化等领域得到重要应用。

此前有研究人员发现硫酸盐型层状化合物RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O在空气中脱去结晶水后形成RE₂(OH)₄SO₄。并指出RE₂(OH)₄SO₄虽然方程式与RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O相似但却具有与RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O不同的全新的晶体结构。因为RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O的合成受多种参数的影响，需要对合成参数进行精确的调控才可获得。因此目前尚无法获得稀土离子半径较小的该类化合物即目前无法获得RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O(RE＝Ho-Lu，含Y)，因而无法通过煅烧获得相应的无水化合物RE₂(OH)₄SO₄(RE＝Ho-Lu，含Y)。全新的晶体结构将赋予RE₂(OH)₄SO₄与RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O不同的性能，但目前Y₂(OH)₄SO₄·nH₂O相无法获得，因此无法通过煅烧而获得Y₂(OH)₄SO₄。随后研究人员发现可无需经过煅烧通过水热合成方法可直接合成Y₂(OH)₄SO₄。但合成过程中需要对反应参数进行严格控制，在较为严苛的条件下才可获得目标产物。并且水热条件下反应过程为稀土离子和硫酸根离子及羟基结合，达到饱和溶度积后析出沉淀，反应过程需要较大能量，且反应过程的稳定性较差。Y₂O₂S是实际生产中得到非常广泛应该的材料，可作为上转换材料、长余辉材料、阴极射线荧光粉，在诸多领域展现出有良好的应用价值。而Y₂(OH)₄SO₄恰恰为制备该类材料理想的前驱体，因为该类材料中的Y/S比例恰与Y₂O₂S中的Y/S比完全一致。通过适宜煅烧即可获得Y₂O₂S，且副产物仅为水蒸气。同时，Y₂(OH)₄SO₄也是制备Y₂O₂SO₄的理想前驱体。因此，Y₂(OH)₄SO₄的制备尤为重要。