CN101549881A - 一种核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法。步骤如下:将β-环糊精溶于去离子水中,持续搅拌下添加硝酸铈铵和尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120~130℃烘箱中,保温20~28小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80~100℃下干燥12~24小时,得到核桃状羟基碳酸铈纳米结构,以上产物在350~400℃下焙烧2~4小时得到核桃状氧化铈纳米结构。本发明工艺简单,成本低廉,适合于大规模生产,得到的产物有望用于荧光材料、紫外线截止材料、电极材料、气体传感器和催化剂载体等领域。
Description
技术领域
本发明涉及化合物的制备方法,尤其涉及一种核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法。
背景技术
羟基碳酸铈(CeOHCO3)和氧化铈(CeO2)均是重要的稀土元素氧化物。因其独特的物理化学性质,CeOHCO3可作为重要的荧光材料,CeO2在催化剂、紫外线截止材料、固体氧化物燃料电池电极、气体传感器和太阳能电池材料等领域有着广泛的应用。与许多纳米材料相似,越来越多的研究表明CeOHCO3和CeO2的物理化学性质和材料应用特性与其形貌、尺寸、缺陷和表面/体相比等因素密切相关。值得注意的是,与其低维纳米结构相比,三维CeOHCO3和CeO2纳米结构因其形貌独特性,具有更高的比表面积、更大的表面/体相比、更好的通透性和更多的表面活性位。因此,探索制备新型三维CeOHCO3和CeO2纳米结构为获得和提升其材料应用价值提供了巨大的机遇。目前,大量文献报道集中在CeOHCO3和CeO2的低维纳米结构诸如纳米粒子(Zhang J,Ju X,Wu Z Y,LiuT,Hu T D,Xie Y N.Structural Characteristics of Cerium Oxide NanocrystalsPrepared by the Microemulsion Method.Chem.Mater.,2001,13(11):4192~4197)、纳米棒(Qi R J,Zhu Y J,Cheng G F,Huang Y H.Sonochemical Synthesis ofSingle-Crystalline CeOHCO3 Rods and Their Thermal Conversion to CeO2 Rods.Nanotechnology,2005,16(11):2502~2506)、纳米线(Tang B,Zhuo L H,Ge J C,Wang G L,Shi Z Q,Niu J Y.A Surfactant-Free Route to Single-Crystalline CeO2Nanowires.Chem.Commun.,2005,(28):3565~3567)和纳米管(Tang C C,BandoY,Liu B D,Golberg D.Cerium Oxide Nanotubes Prepared from Cerium HydroxideNanotubes.Adv.Mater.,2005,17(24):3005~3009)的制备方面,然而有关CeOHCO3和CeO2三维纳米结构制备的报道却很少,还没有制备核桃状CeOHCO3和CeO2纳米结构的报道。此外,目前文献报道的CeOHCO3纳米结构绝大多数属于正交晶相,稳定存在的纯粹六方晶相CeOHCO3纳米结构迄今还没有出现。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种工艺简单、成本低廉的核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法。
核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法包括如下步骤:
1)将β-环糊精溶于去离子水中,持续搅拌下添加硝酸铈铵和尿素,β-环糊精与硝酸铈铵的物质的量之比为0.17~0.27,硝酸铈铵与尿素的物质的量之比为10~15,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120~130℃烘箱中,保温20~28小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80~100℃下干燥12~24小时,得到核桃状羟基碳酸铈纳米结构;
2)核桃状羟基碳酸铈纳米结构在350~400℃下焙烧2~4小时得到核桃状氧化铈纳米结构。
本发明所有试剂均为商品试剂,廉价易得,无需进一步的纯化处理。本发明具有设备简单、操作简便、成本低廉等特点。制备得到的CeOHCO3和CeO2纳米结构具有独特的核桃状形貌,有望大规模生产并应用于荧光材料、紫外线截止材料、电极材料、气体传感器和催化剂载体等领域。
附图说明
图1是采用本发明方法制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的X射线衍射图;
图2(a)是采用本发明方法制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的低放大倍数场发射扫描电镜图;
图2(b)是采用本发明方法制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的高放大倍数场发射扫描电镜图;
图3是采用本发明方法制备的核桃状CeO2纳米结构的X射线衍射图;
图4(a)是采用本发明方法制备的核桃状CeO2纳米结构的低放大倍数场发射扫描电镜图。
图4(b)是采用本发明方法制备的核桃状CeO2纳米结构的高放大倍数场发射扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行进一步说明。
实施例1
将0.70mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加4mmol硝酸铈铵和40mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120℃烘箱中,保温24小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80℃下干燥24小时,得到核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在400℃下焙烧2小时得到核桃状CeO2纳米结构。图1是制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的X射线衍射图,与标准卡片JCPDS No.21-1272一致,为纯的六方晶相CeOHCO3。图2(a)是制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的低放大倍数场发射扫描电镜图,可以看到产物由大量的核桃状结构组成,平均直径在200~400nm。图2(b)是制备的核桃状CeOHCO3纳米结构的高放大倍数场发射扫描电镜图,可以看到产物表面由直径为20nm左右的纳米粒子构成,并且具有许多裂隙。图3是制备的核桃状CeO2纳米结构的X射线衍射图,与标准卡片JCPDS No.65-2975一致,为纯的立方晶相氧化铈。图4(a)是制备的核桃状CeO2纳米结构的低放大倍数场发射扫描电镜图,可以看到产物保持了独特的核桃状形貌,平均直径在200~400nm。图4(b)是制备的核桃状CeO2纳米结构的高放大倍数场发射扫描电镜图,可以看到产物表面由直径为10~20nm的纳米粒子构成,并且具有许多裂隙。
实施例2
将1.05mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加4mmol硝酸铈铵和40mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120℃烘箱中,保温24小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80℃下干燥24小时,得到六方晶相的核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在400℃下焙烧2小时得到核桃状CeO2纳米结构。产物的结构和形貌均与实施例1相同。
实施例3
将1.05mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加6mmol硝酸铈铵和60mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120℃烘箱中,保温24小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80℃下干燥24小时,得到六方晶相的核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在400℃下焙烧2小时得到核桃状CeO2纳米结构。产物的结构和形貌均与实施例1相同。
实施例4
将1.4mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加8mmol硝酸铈铵和80mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120℃烘箱中,保温24小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80℃下干燥24小时,得到六方晶相的核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在400℃下焙烧2小时得到核桃状CeO2纳米结构。产物的结构和形貌均与实施例1相同。
实施例5
将0.7mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加4mmol硝酸铈铵和40mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入130℃烘箱中,保温20小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80℃下干燥24小时,得到六方晶相的核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在350℃下焙烧4小时得到核桃状CeO2纳米结构。产物的结构和形貌均与实施例1相同。
实施例6
将0.7mmol β-环糊精溶于40mL去离子水中,持续搅拌下添加4mmol硝酸铈铵和60mmol尿素,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120℃烘箱中,保温28小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在100℃下干燥12小时,得到六方晶相的核桃状CeOHCO3纳米结构,以上产物在350℃下焙烧4小时得到核桃状CeO2纳米结构。产物的结构和形貌均与实施例1相同。
Claims (1)
1.一种核桃状羟基碳酸铈和氧化铈纳米结构的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
1)将β-环糊精溶于去离子水中,持续搅拌下添加硝酸铈铵和尿素,β-环糊精与硝酸铈铵的物质的量之比为0.17~0.27,硝酸铈铵与尿素的物质的量之比为10~15,得到澄清溶液,装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,密封,放入120~130℃烘箱中,保温20~28小时,冷却到室温,得到的沉淀经去离子水和无水乙醇反复清洗,离心分离,在80~100℃下干燥12~24小时,得到核桃状羟基碳酸铈纳米结构;
2)核桃状羟基碳酸铈纳米结构在350~400℃下焙烧2~4小时得到核桃状氧化铈纳米结构。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091007 |