任慶云，王娜，王松濤*，李佳欣，張鈺汾

(1.集寧師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 集寧 012000；2.內(nèi)蒙古大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)

稀土元素作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略元素，其具有特殊的性質(zhì)和用途。稀土氫化物在冶金、化工、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、功能材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道在523.15 K～573.15 K溫度范圍內(nèi)稀土金屬在氫氣中活化后，冷卻至室溫，便可與氫氣可制得稀土氫化物[1-2]。低溫條件下稀土氫化物的制備是難題，特別是納米稀土氫化物的制備。氫化鐠是稀土氫化物的重要一員，國(guó)內(nèi)外有關(guān)納米氫化鐠的研究方面的報(bào)道很少，玉占君等曾報(bào)道了利用納米氫化鐠真空熱分解制備納米鐠的方法，但未報(bào)道納米氫化鐠的制備方法[3]；范蔭恒等報(bào)道了常壓低溫條件下催化合成法制備了納米氫化鑭、納米氫化釹、納米氫化釤、納米氫化鏑和納米氫化鐿[4]。任慶云等報(bào)道催化法常壓恒溫45℃條件下由稀土金屬鐠和氫氣反應(yīng)合成納米稀土氫化鐠粉末[5]。但未見有納米鐠粉末制備納米氫化鐠的相關(guān)報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)所需試劑與儀器

氫氣(純度>99.9%)、納米鐠粉末、氬氣(純度>99.9%)、恒溫水浴、Schlenk瓶、溫度計(jì)、恒壓量氣管、真空泵、透射電子顯微鏡(日本日立公司)、X射線多晶衍射儀(Bruker AXS公司)。

2 納米氫化鐠粉末的合成

將兩口反應(yīng)瓶抽真空充氬氣四次，在氬氣保護(hù)下將0.63 g納米鐠粉末放入反應(yīng)瓶中，再次將反應(yīng)瓶抽空充氬四次后，反應(yīng)開始，水浴控溫35 ℃，常壓自動(dòng)量氣管測(cè)量氫氣吸收量，反應(yīng)結(jié)束即得產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)過程中準(zhǔn)確記錄量氣管的示數(shù)。另外，曾分別在25℃和30℃控溫條件下進(jìn)行此項(xiàng)樣品制備，實(shí)驗(yàn)步驟同上。

3 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在常壓25 ℃～35 ℃條件下，納米金屬鐠粉末與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成黑色納米氫化鐠粉末，隨著溫度的升高納米金屬鐠粉末的轉(zhuǎn)化率越高，具體情況見表1，當(dāng)反應(yīng)溫度在30 ℃～35 ℃之間時(shí)，納米金屬鐠粉末的轉(zhuǎn)化率可達(dá)97%以上。其反應(yīng)方程式為：

表1 納米金屬鐠粉末與氫氣反應(yīng)的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

nano-Pr + H2→ nano-PrHn

3.1 合成納米氫化鐠粉末的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線

常壓水浴恒溫25 ℃～35 ℃條件下，繪制出納米金屬鐠粉末與氫氣直接反應(yīng)合成納米氫化鐠粉末的動(dòng)力學(xué)曲線(見圖1)。

圖1 合成納米氫化鐠反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線

3.2 產(chǎn)品納米氫化鐠的晶體結(jié)構(gòu)和顆粒度測(cè)定

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行XRD測(cè)試知產(chǎn)品化學(xué)式為PrH2.90，屬面心立方結(jié)構(gòu)；進(jìn)行TEM測(cè)試，其照片(見圖2)表明產(chǎn)品的平均粒徑為10-18nm，顆粒較小，分散度很好。

圖2 合成納米氫化鐠的TEM圖

4 結(jié)論

常壓和恒溫25℃～35℃條件下，納米金屬鐠粉末與氫氣反應(yīng)制備納米氫化鐠粉末。此種制備方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作條件易于控制，在常壓低溫條件下便可實(shí)現(xiàn)。制備的納米氫化鐠粉末在催化、工業(yè)、國(guó)防、化工等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。