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 |