[发明专利]水热法制备四方片状表面结构球状二氧化铈纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由水热法制备四方片状表面结构球状二氧化铈纳米材料的方法，属特殊形貌稀土氧化物催化剂材料制备工艺技术领域。

背景技术

CeO₂是一种用途极广的稀土材料，可广泛应用于发光材料、玻璃抛光剂、催化剂、电子陶瓷、紫外吸收剂等。纳米化后的CeO₂具有特殊的性质及应用，人们对纳米CeO₂的形貌、粒径等要求也越来越高。因此，纳米CeO₂的制备、功能特性和应用研究成为一个迫切需要解决的课题。目前，制备的纳米CeO₂的形貌主要有纳米颗粒、纳米棒、纳米管和纳米纤维，以及一些特殊的形貌。其制备方法以水热合成法为主，通过添加不同的表面活性剂或者修饰剂，可以制备出不同形貌的纳米氧化铈。CeO₂的形貌对其性能有很大的影响，例如球状的氧化铈由于有较大的储氧能力、较高的热稳定性以及良好的导电性等电化学性能，可应用于锂离子电池中；棒状或线状以及纤维状氧化铈的比表面积较大，孔径很小，可用于改善催化剂的活性和储氧能力；管状氧化铈具有高的催化性能以及氧化还原性能，可用作高效催化剂；特殊形貌的氧化铈会出现常规形貌所没有的光电效应。

近年来人们对于特殊形貌的纳米CeO₂的研究也不少，形貌也各具特色。例如，中国专利200910062703.6以一种低温方法制备的分等级结构的二氧化铈纳米晶微球，该二氧化铈纳米微球是以铈化合物为前躯体，以苯甲醇为溶剂和表面活性剂在油浴加热条件下反应制得的。专利CN101168447A以铈盐为基本原料，醇作为有机溶剂，溶剂热反应一段时间后得到前躯体，高温煅烧得到六方棒组成的三维结构二氧化铈。专利CN101117233A介绍了制取高表面积介孔二氧化铈微球的制备方法，用硫酸铈铵盐溶于无水乙醇中，加入N，N-二甲基甲酰胺，水热后得到前躯体Ce(COOH)₃，前躯体在高温下煅烧得到介孔二氧化铈微球粉体。但以上方法都是在有机溶剂中，而且都使用表面活性剂，制备过程也较繁琐，操作步骤较多，设备投资大，能耗多，不利于工业化生产和应用，而且以上专利中制得的二氧化铈都不具有高活性，只是具有较大的比表面积；所以开发制备工艺流程简单且无污染的二氧化铈纳米微球活性材料的意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备四方片状表面结构球状二氧化铈纳米材料的方法。

本发明一种由水热法制备方片表面结构球状二氧化铈纳米材料的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.将一定量的Ce(NO₃)₃·6H₂O在室温下溶解于一定量的去离子水中，搅拌之，形成均匀透明的溶液；

b.将一定量的柠檬酸钠(TSC)在室温下溶解于一定量的去离水水中，搅拌之，形成均匀透明的溶液；

c.在上述一定量的Ce(NO₃)₃·6H₂O溶液中，用一定量的柠檬酸钠在磁力搅拌条件下逐滴滴入；硝酸铈和柠檬酸钠两者用量的摩尔比为2∶1～4∶1；待逐渐出现白色细小沉淀后，继续磁力搅拌0.5～1.0小时；

d.将上述得到的沉淀和溶液转移至水热釜中，旋紧釜盖，将其置于烘箱中，在120～200℃温度范围内加热反应4～24小时；反应完毕后将产物进行离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤2～3

e.将上述所得的沉淀物在60℃下干燥8～10小时，最终得到淡黄色四方片表面结构的球状纳米二氧化铈粉末。

本发明方法的特点及优点如下所述：

(1)、本发明的二氧化铈材料的制备方法简便，因为采用一步水热法，有所用原料少，生产成本低廉，工艺设备简单，且无污染，溶剂为水，可以回收再利用等优点。

(2)、本发明的二氧化铈颗粒为表面方片状的球状形貌，不仅有较大的比表面积且表面有大量的活性晶面，因此在催化材料方面有很好的应用，为功能材料的研究应用开发奠定了良好基础。

(3)、本发明的二氧化铈片状纳米球颗粒所制成催化剂较普通的纳米二氧化铈粉末制成的催化剂，有较强的催化氧化CO的活性，因此在汽车尾气净化方面有很好的应用。

附图说明

图1为本发明实施例1产物用高倍透射电子显微镜(HRTEM)获得的形貌图及各晶面图。

其中：a为整个片状二氧化铈纳米球的HRTEM图；b-e分别为图a中球表面不同位置方片的HRTEM图，并已标出相应的晶面；f为a的选区电子衍射图。