[发明专利]含稀土氧化物多功能核壳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含稀土氧化物多功能核壳材料的制备方法，是以铈源、聚乙烯吡咯烷酮、一缩二乙二醇、去离子水、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、酚类化合物、醛类化合物等为原料，合成外部包覆酚醛树脂有机层的球状二氧化铈，使用处理剂对其进行处理后，以正硅酸乙酯为硅源在外层包覆SiO₂，高温去除有机层，以提供一种具备中空夹层核壳结构的材料，制备方法工艺简单，核壳材料直径350~550nm，晶粒外部纳米晶粒包裹紧密，产物包裹度达97％，产物纯度达99.9％，并且可以通过改变有机层厚度、正硅酸乙酯的量，从而实现对核壳材料的微球粒径、外层厚度的可变调控。同时，可与多种化学物质匹配做为催化剂使用，是十分理想的空心夹层核壳材料。

技术领域

本发明属多功能材料制备及应用的技术领域，具体为一种含稀土氧化物多功能核壳材料及制备方法。

背景技术

近年来，纳米材料研发的热点问题集中在通过对形貌的调控从而达到预期效果，其中核壳型结构因可调变的物化性能和高效作用机制已引起研究人员的广泛关注。核与壳材料的优势互补及协同作用赋予了核壳结构优越的性能，使其在纳米反应器、药物传输、基因传递、锂离子电池、生物传感器等领域存在巨大的潜在应用。

稀土元素因其独特的电子构型，使其化合物在电、光、磁、力学等方面具有特殊的性能，可以衍生出许多不同功能的新材料。其中，纳米CeO₂作为一种高附加值的稀土深加工产品，具有许多新性质、新用途，已广泛应用于陶瓷、发光材料、催化剂、燃料电池和抛光等领域。Concetta Ruocco等将纳米CeO₂负载于SiO₂制备成的CeO₂/SiO₂复合载体，表现出良好的催化性能。然而，纳米CeO₂的流失以及作用不充分，使得催化剂的利用和寿命受到一定的限制。将CeO₂包裹于SiO₂壳层内，制备具有空心夹层的核壳结构，既弥补了CeO₂/SiO₂复合载体的不足，提高了不同组分的功能化应用，同时又增强了组分间的协同机制。

发明内容

本发明的目的是提供一种含稀土氧化物多功能核壳材料及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种含稀土氧化物多功能核壳材料，由内核球二氧化铈及SiO₂壳结构组成，其中内核二氧化铈占核壳材料的35~40wt%，外层SiO₂壳结构占核壳材料的60~65wt%。

核壳材料的性质如下：粒径350~550nm，外层SiO₂壳结构厚度80~120nm，产物纯度达到99.9%。

上述核壳材料以铈源、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水、一缩二乙二醇等为原料，先制备球状二氧化铈，再以球状二氧化铈、去离子水、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、酚类化合物、醛类化合物等为原料，在球状二氧化铈外部包覆酚醛树脂有机层，使用处理剂对包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈进行处理后，以正硅酸乙酯为硅源在外层包覆SiO₂，高温去除有机层，以提供一种具备空心夹层结构的核壳材料。

核壳材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）、按照去离子水:一缩二乙二醇:铈源:聚乙烯吡咯烷酮=2.7~6.7:2.9~3.7:0.027~0.041:0.0008~0.0013摩尔配比，将铈源和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水和一缩二乙二醇的混合液中，强力搅拌3h，装入反应釜中，于150~200℃下反应15~20h，产物经去离子水洗涤、过滤、烘干，得到球状二氧化铈。