[发明专利]一维纳米二氧化铈纤维束以及采用老化预处理工艺制备该纤维束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学合成的纤维束状产物，更特别地说，是指一种一维纳米二氧化铈纤维束。该一维纳米二氧化铈纤维束是采用老化预处理与溶剂热相结合制得的。

背景技术

近年来，人们越来越多的关注于纳米材料的制备。这是因为当材料尺度达到纳米范围以后，将出现许多新的性质及新的规律，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。这些性质及规律导致纳米材料的力、热、光、电、磁等特性与体相材料显著不同。纳米材料的基本单元可以分为零维、一维、二维和三维。其中一维纳米材料，如纳米纤维、纳米管、纳米线、纳米带、纳米棒等，由于其出色的性能，在纤维增强材料、纳米元器件等领域有着极为重要的研究价值。因此，一维纳米材料的合成与制备研究已成为纳米材料最热门的研究领域之一。

二氧化铈是一种稀土氧化物，被广泛应用于燃料电池、发光材料、玻璃脱色澄清剂、紫外线吸收以及光催化等领域。

Yada等人(M.Yada，et al.Advanced Materials，16(2004)1222-1226)使用化学沉淀法，以氯化亚铈CeCl₃·7H₂O、尿素CO(NH₂)₂和去离子水为原料，以丁二酸二异辛酯磺酸钠(NaAOT)和脂肪醇为模板，制得了直径约2nm的二氧化铈纳米线。

Wu等人(G.S.Wu，et al.Materials Research Bulletin，39(2004)1023-1028)使用溶胶凝胶法，以硝酸亚铈Ce(NO₃)₃·6H₂O、尿素CO(NH₂)₂和去离子水为原料，以多孔氧化铝为模版，制得了直径约70nm的二氧化铈纳米线。

Sun等人(C.Sun，et al.Nanotechnology，16(2005)1454-1463)使用溶剂热法，以氯化亚铈CeCl₃·7H₂O、十八胺、乙醇CH₃CH₂OH和去离子水为原料，在反应过程中加入乙二铵，制得了直径为40nm～50nm，长度为0.3μm～2μm的二氧化铈纳米棒。

以上方法在制备一维纳米二氧化铈材料时，都引入了模板或者表面活性剂。使用模板或者表面活性剂存在着以下不足：首先，模板或表面活性剂的添加和清除会增加材料制备的周期和成本。其次，清除模板或表面活性剂的过程中，所使用的物理、化学方法，有可能会破坏产物的结构以及形貌。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种一维纳米二氧化铈纤维束，该纤维束的直径为10nm～70nm、长度为100nm～800nm。

所述的一维纳米二氧化铈纤维束为多晶材料。

所述的一维纳米二氧化铈纤维束为束状结构。

本发明的目的之二是提出一种采用老化预处理工艺制备一维纳米二氧化铈纤维束的方法，该制备方法先通过老化预处理制得铈溶液，然后加入沉淀剂，在一定温度下进行溶剂热反应得到一维纳米二氧化铈纤维束。具体步骤为：

第一步：老化制第一混合液

将硝酸亚铈Ce(NO₃)₃·6H₂O加入到质量百分比浓度为99.7％的乙醇中，在搅拌速率为100r/min～200r/min的条件下，搅拌30min～60min后，制得Ce(NO₃)₃·6H₂O的摩尔浓度为0.005mol/L的第一混合液；

第二步：制第二混合液

向第一步骤制得的第一混合液中加入尿素CO(NH₂)₂并混合均匀，制得CO(NH₂)₂的摩尔浓度为0.01mol/L的第二混合液；

第三步：溶剂热反应

将第二混合液倒入拥有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将反应釜置于温度为150℃的条件下反应24h～72h后制得沉淀物；

第四步：清洗和烘干

将沉淀物用去离子水清洗2～5遍后，再用质量百分比浓度为99.7％的乙醇清洗2～5遍后，得到一维纳米二氧化铈纤维束沉淀物；