在过去的几年里，六氧化二镨（Pr6O11）已被应用于不同的领域，例如传感器、高温颜料、催化剂和三元汽车催化剂等。

然而，六氧化二镨在应用中也面临一些挑战和问题。其活性较高的特点使得它在水溶液中容易发生氧化反应，从而影响了其使用寿命。

六氧化二镨的制备工艺也较为复杂，需要精确的控制条件，导致生产成本较高。因此寻找能够提高其稳定性，且降低制备成本的的方法是目前的研究重点。

因此我们研究了一种快速、便捷、环保的合成方法，通过在二甘醇（DEG）中多元醇合成硝酸镨，形成尺寸约为10纳米的氧化镨纳米颗粒。

我们发现这种方法可以获得稳定、且易于在水中分散的纳米颗粒，适用于涂层或多孔材料的制备。

准备硝酸镨和二甘醇，将它们混合在一起，并置于反应容器中。可以使用磁力搅拌器或机械搅拌器进行搅拌，以便促进混合物的均匀。

将混合物加热至150℃，并保持温度恒定。可以使用加热套或恒温浴进行加热。恒温时间取决于具体的实验要求，通常为1-2小时。

待混合物冷却至室温后，采用高速离心机进行分离。为了确保分离有效，可以多次离心，每次离心后更换二甘醇溶液，直到溶液变得清澈。

用乙醇和去离子水反复清洗离心后的氧化镨纳米颗粒，以去除多余的二甘醇和杂质。可以采取超声波或搅拌的方式促进清洗过程的。

将清洗后的氧化镨纳米颗粒在干燥环境中进行干燥。可以选择真空干燥或冷冻干燥，以避免氧化镨纳米颗粒的氧化和尺寸变化。干燥时间取决于具体实验要求，通常为数小时至一天。

需要注意的是，为了保证实验结果的准确性，需要使用高纯度的硝酸镨和二甘醇。温度控制也非常关键，温度过高或过低都会影响纳米颗粒的形成和尺寸。

在离心和清洗过程中，要尽量避免氧化镨纳米颗粒的团聚和沉积，以确保得到的纳米颗粒尺寸均匀。

干燥时，应当选择适当的干燥方法，如真空干燥或冷冻干燥，以避免氧化镨纳米颗粒的氧化和尺寸变化。

1.Pr6O11纳米制备

在纳米结构的大小和形态控制中，试剂的还原能力是至关重要的。我们设计了一种改进的多元醇工艺来合成Pr6O11纳米颗粒。

将Pr6O11前驱体（Pr（NO3)3或PrCl3）与DEG（（HOCH2CH2)2O）混合，在140°C下加热，然后加入受控的NaOH量和浓度，随后加热至180°C。

在180°C的温度下保持4小时后，将混合物冷却并在600°C的空气中进行煅烧。通过控制添加的NaOH的量和浓度，我们可以有效地调控纳米颗粒的形成过程。

我们比较了Pr6O11前驱体的性质对纳米颗粒制备的影响。在两种情况下，都得到了纳米颗粒。

尽管2.5克（5.75毫摩尔）的Pr(NO3)3可以轻松溶解在50毫升DEG中，从而得到A-OH/A-Ox样品，但PrCl3在DEG中溶解性较差。

只有0.5克（1.34毫摩尔）的PrCl3可以溶解在50毫升DEG中）。在这种情况下，使用PrCl3来生产A'-Ox/A'-OH样品是不利的。

从Pr(NO3)3合成的悬浮液可以直接用于基于涂层的工艺，例如喷涂、浸渍或旋涂，或用于渗透无机模板。

我们通过离心、沉淀分离、用乙醇、丙酮和蒸馏水多次洗涤，并干燥，然后再加热到600°C，得到所需的氧化物纳米颗粒（见下图）。

在我们的合成过程中，多元醇的极性使其能够溶解硝酸镨。作为高沸点溶剂，多元醇提供了高温环境，提高了各种反应物的反应性。

在这项工作中，二甘醇既作为溶剂，又作为还原剂和生长介质。氢氧化钠提供氢氧根离子形成Pr(OH)3，如下图所示，图中显示了样品X-OH的X射线衍射图谱。

通过在X射线衍射图谱中定位相应相的特征衍射峰，实现了相的鉴定。在煅烧之前，每个样品的相都能很容易地与标准的镨羟化物（Pr(OH)3）六方晶体结构匹配。

其晶格参数为a = 0.6505 nm和c = 0.3428 nm，而氢氧化钠的浓度和用量对峰的数量和位置没有影响。

在随后的煅烧步骤中，由于热分解在600°C时产生的气体副产物的移除，导致样品的质量损失达到75%。

这重要的质量损失归因于残留在Pr(OH)3粉末中的DEG。这在样品X-OH的傅里叶变换红外光谱（FTIR）中可以清楚地观察到。

2.傅里叶红外光谱分析

FTIR光谱显示了Pr(OH)3的特征带，分别位于1077 cm−1（Pr-O键伸缩振动）和654 cm−1（Pr-O键变形振动）。其他带被归属于DEG，而3600 cm−1处的带可以归因于DEG和Pr(OH)3。

在煅烧至600°C后，得到的光谱具有Pr6O11的特征带，位于852 cm−1（Pr-O键变形振动）和1469 cm−1（Pr-O键伸缩振动）。残留物的X射线衍射图准确地反映了样品X-Ox的红外光谱。

这可以被索引为纯的面心立方相（空间群：Fm3m-225），计算的晶格常数为a = 0.54678 nm，这与Pr6O11的标准衍射图谱（JCPDS 42-1121）一致（见下图）。

没有羟基和其他氧化物的杂质相存在。从氢氧化物前体向晶体Pr6O11的转变也被注意到，样品从淡绿色（预煅烧）变为深棕色（后煅烧）。

然而，样品B-Ox和C-Ox的X射线衍射图谱显示出一个在2θ = 31°附近的衍射峰。这个峰可以归因于钠镨氧化物（NaPrO2）。

样品的EDX分析确认了钠的存在。如下表所示，这些样品是使用最大量的氢氧化钠制备的。这表明需要控制氢氧化钠的用量才能获得纯净的Pr6O11。

通过比较样品A-Ox、D-Ox和E-Ox的X射线衍射图谱，可以清楚地看出加入合成过程中氢氧化钠的浓度增加导致衍射峰的尖锐化，这是晶体尺寸增加的结果。

鉴于氢氧化钠的用量和浓度对结晶有很强的影响，研究这些参数对样品A-Ox、D-Ox和E-Ox的晶粒尺寸的影响将非常重要。晶粒尺寸通过测量半峰宽和德拜-谢勒公式来确定。晶粒尺寸的值见下表。

这明显表明晶粒尺寸，随着合成过程中氢氧化钠浓度的增加而增加。能谱X射线分析（EDS）检测未发现任何杂质，除了来自扫描电子显微镜（SEM）观察中的碳元素，这是由于碳膜引起的。

2.表征

下图展示了选择的预煅烧样品A-OH/A-Ox、D-OH/D-Ox和E-OH/E-Ox的扫描电子显微镜（SEM）图像。

预煅烧的纳米结构主要呈现纳米棒形态，在600°C的煅烧过程中转变为纳米颗粒。这意味着Pr(OH)3的结构在煅烧到600°C时发生了崩溃，形成了球形的Pr6O11纳米结构，这很可能是因为球形结构是最热力学稳定的。

样品A-Ox、D-Ox和E-Ox的SEM微观图显示颗粒群是相对均匀的，包括小的圆形颗粒和极少比例的大颗粒。样品E-Ox显示出最小的单个颗粒尺寸。

样品E-Ox的高倍SEM图像（见下图）显示该样品由聚集成团的纳米颗粒组成。SEM并不适合观察纳米尺寸的材料，但可以提供颗粒总体分布的视图。因此很难估计单个颗粒的尺寸。

我们重点研究了样品E-Ox。对样品E-Ox进行了透射电子显微镜（TEM）的显微图像研究，以评估样品的形貌和整体颗粒大小。

下图展示了样品E-Ox的典型的亮场TEM图像。

该显微图显示得到的样品由大量球形纳米颗粒组成，形成了基本的颗粒块，平均直径为9.4±0.9 nm，如从TEM图像推导的统计直方图所示（见下图）。

颗粒核心的HRTEM图像表明样品由非常细小的纳米晶Pr6O11组成；观察到的晶面间距为d111 = 0.313 nm，生长方向为<111>方向。

样品E-Ox的氦密度为5.66 g cm^-3，BET比表面积为8.75 m^2 g^-1。类似的数值在纳米级粉末中普遍存在。

下图显示了氮吸附-脱附等温线，根据IUPAC分类，其属于II型等温线，在0.9到1.0范围内表现出明显的滞后环。

假设Pr6O11纳米颗粒几乎是球形的，如TEM所证实的，可以使用以下公式（1）来计算粉末的平均颗粒大小（APS，以纳米为单位），结合比表面积（SSA）和密度（d）：

计算 Pr 的 APS 为 118 nm6O11纳米颗粒。

总的来说，这是一种高度可扩展且可重复的方法，用于合成一系列高纯度和晶体良好的Pr6O11纳米颗粒。

我们已经描述了从硝酸镨在二甘醇（DEG）中进行的多元醇合成，并随后加入氢氧化钠，在600°C空气中煅烧转化为氧化镨（Pr6O11）。

对特定样品的形态和质地分析表明，该样品形成了由平均聚合粒径为118纳米的基本块组成，这是基于比表面积（SSA；8.75 m2 g−1）和粉末的氦密度（d = 5.66 g cm−3）进行计算的。

这些基本块由连接在一起的直径约为10纳米的球形纳米颗粒组成。Pr6O11纳米颗粒具有多晶的面心立方相。

我们的研究为Pr6O11纳米颗粒的合成，提供了一种可行的方法，并为其在各种应用领域中的应用提供了新的可能性。

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