[发明专利]氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料及其应用，具体地说是通过在制备过程中引入阴离子氟对纳米氧化铈的结构进行改性，得到了性能优异的紫外线吸收材料，本发明属于纳米功能材料领域。

技术背景

随着全球气候变暖和人类活动对大气臭氧层的破坏，紫外线对人类的伤害以及对一些暴露在大气中的有机材料的破坏性越来越严重。有机材料改性，提高其紫外线的防护是重要的措施之一，抗紫外线化妆品、抗紫外线纤维、抗紫外线涂料等都是在有机材料中添加了具有吸收紫外线的改性剂。常用的抗紫外线改性剂为有机试剂，例如：苯并三唑系、二苯甲酮系、水杨酸酯系等，这些有机紫外线防护剂光稳定性差，而且都具有一定的程度的毒性。近年来，无机纳米粉体的抗紫外线功能备受关注，纳米氧化锌和纳米氧化钛对有机材料都具有光催化降解作用，添加到有机材料中常常引起材料的降解而使材料变色，一般采用表面包覆氧化硅的方法来降低它们的催化活性，但包覆后会影响它对紫外线的吸收效果，而且还影响对可见光的透过率。因此，纳米氧化锌和纳米氧化钛在有机材料防紫外线方面的应用受到极大的限制。再者氧化锌和氧化钛对可见光折射率较高，金红石相二氧化钛折射系数n＝2.7，锐钛矿相二氧化钛n＝2.5，氧化锌n＝2.2，高的折射系数将会影响所改性材料的原始颜色，这也限制了它们的应用。大量研究结果表明，纳米氧化铈对紫外线具有很好的吸收作用，而且它对有机材料的光催化降解活性远低于纳米氧化锌和氧化钛，氧化铈对可见光的折射系数n＝2.05，小于二氧化钛和氧化锌，粉体透明性好，因此，纳米氧化铈被认为是纳米氧化锌和氧化钛的替代品，在有机材料防紫外线改性方面具有潜在的应用价值。

纳米二氧化铈易团聚，大大影响了其对紫外线的吸收和对可见光的透过性，而且纳米氧化铈对有机材料仍具有一定的光催化活性。为改善纳米氧化铈的这些特性，TsugioSato、Ruixing Li等人曾报道研究了掺杂氧化锌、碱土金属氧化物以及表面包覆氧化硅的纳米氧化铈，发现制备的纳米氧化铈单颗粒分散性强，一次粒径小，对紫外线的吸收性和对可见光的透过性增强，光催化活性明显降低。研究还发现，在氧化铈的立方体结构中，Ce-O形成八配位体，r_Ce⁴⁺/r_o^2-＝0.703，而稳定八配位的理想原子半径比r_Mⁿ⁺/r_o^2-＝0.732，大的阳离子掺杂可以稳定八配位结构，同时用低电荷的离子取四价铈离子，由于电中性的需要，会在晶格中产生氧离子空位，这使掺杂后的氧化铈具有低的催化活性。专利CN1775692A公开了纳米光屏锌铈复合氧化物及其制备方法，采用两次喷雾干燥的方法得到了包覆丙烯酸甲酯透明浅黄色的纳米锌铈复合氧化物，得到的粉体对190—400nm的紫外线屏蔽效果较好，对可见光透过性强。

目前，掺杂阳离子的纳米氧化铈作为紫外线屏蔽材料报道较多，由于其团聚性强，纳米材料的制备工艺较复杂，成本高，而且掺杂的纳米氧化铈紫外屏蔽效果改善不明显，制备的纳米氧化铈粉体常常带有黄色，限制了其在无色或白色有机材料中的应用。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明目的是提供一种对有机物光催化具有惰性的氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料，是采用常用的湿化学方法，在制备纳米氧化铈的过程中通过掺杂氟离子，以1％—10％(F/CeO₂w/w)的F对其结构进行改性，使纳米氧化铈中部分氧离子为氟离子取代，使氟离子取代氧化铈中的部分氧离子，制备具有阴离子掺杂的纳米氧化铈紫外线吸收材料。

本发明另一个目的是提供一种氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料，此紫外吸收材料为含氟的氧化铈。

此紫外吸收材料为氟氧化铈，分子式为：CeO_2-xF_2x，其X值为0.045<X<0.45，该材料为粉体，粉体的平均粒径小于100nm。纳米粉体为萤石结构，为单相面心立方结构，粉体呈白色，粉体形貌呈近球形，分散性好。

本发明的氟离子改性纳米氧化铈紫外线吸收材料，其氟改性是在纳米氧化铈制备过程中进行的，制备纳米氧化铈过程中以1％-10％(F/CeO₂w/w)的F对其结构进行改性，使纳米氧化铈中部分氧离子为氟离子取代，从而得到氟改性的纳米氧化铈粉体。