CN101693520B - 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法 - Google Patents

一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101693520B
CN101693520B CN2009102292357A CN200910229235A CN101693520B CN 101693520 B CN101693520 B CN 101693520B CN 2009102292357 A CN2009102292357 A CN 2009102292357A CN 200910229235 A CN200910229235 A CN 200910229235A CN 101693520 B CN101693520 B CN 101693520B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rare earth
cerium oxide
oxide nano
preparing
doped cerium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009102292357A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101693520A (zh
Inventor
张昭良
辛颖
韩栋
王仲鹏
张业新
李昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN2009102292357A priority Critical patent/CN101693520B/zh
Publication of CN101693520A publication Critical patent/CN101693520A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101693520B publication Critical patent/CN101693520B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，具体涉及一种由稀土元素(RE)La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd或Y掺杂的氧化铈(CeO2)纳米棒的工业化制备方法。该方法采用稀土硝酸盐为前驱体，以氨水或氢氧化钠为沉淀剂，在室温、常压下进行沉淀、老化、洗涤、干燥等操作。通过控制反应条件，特别是控制掺杂元素和掺杂量等，实现对棒状形貌的有效控制。所得产物经600℃高温焙烧仍能保持良好的棒状形貌。该方法工艺简单成熟，原料廉价，所得产物易于洗涤，适合大规模制备和工业化生产。在催化反应，燃料电池，电子器件，发光材料，生物医药，抛光粉等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法
技术领域
本发明涉及一种由稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，属于稀土材料制备工艺技术领域。
背景技术
氧化铈(CeO2)具有优越的储放氧功能，具有高温快速氧空位扩散能力，拥有良好的电学、光学等性能，可以被广泛应用于催化反应、燃料电池、电子器件、发光材料、生物医药、抛光粉等领域[(a)Eleonora，A.；Jordi，L.；Marta，B.；Alessandro，T.J.Cata.2005，234，88；(b)Deng，W.L.；Flytzani-Stephanopoulos，M.Angew.Chem.Int.Ed.2006，45，2285；(c)Rupp，J.L.M.；Drobek，T.；Rossi，A.；Gauckler L.J.Chem.Mater.2007，19，1134；(d)Feng，X.；Sayle，D.C.；Wang，Z.L.；Paras，M.S.；Santora，B.；Sutorik，A.C.；Sayle，T.X.；Yang，Y.；Ding，Y.；Wang，X.；Her，Y.S.Science.2006，312，1504.]。
CeO2的热稳定性较差，易烧结而使储氧性能受损，限制了CeO2的应用。研究表明，在立方萤石型结构CeO2晶格中掺杂低价态元素形成铈基复合氧化物，可以克服上述缺点，并能实现更多的功能[Sinha，A.K.；Suzuki，K.J.Phys.Chem.B.2005，109，1708.]。改善CeO2性能的另一个方法是控制其形貌。近年来，业已证明一维纳米棒结构因暴露出活性高的晶面，而呈现出比纳米颗粒更高的性能[Zhou，K.B.；Wang，X.；Sun，X.M.；Peng，Q.；Li，Y.D.J.Catal.2005，229，206.]。但是，目前制备具有一维纳米棒结构的氧化铈需要通过添加表面活性剂或模板，或需要在高温、高压条件下，经水热处理来实现[(a)Han，W.Q.；Wu，L.；Zhu，Y.J.Am.Chem.Soc.2005，127，12814；(b)Mai，H.X.；Sun，L.D.；Zhang，Y.W.；Si，R.；Feng，W.；Zhang，H.P.；Liu，H.C.；Yan，C.H.J.Phys.Chem.B.2005，109，24380；(c)Zhang，D.；Fu，H.；Shi，L.；Pan，C.；Li，Q.；Chu，Y.；Yu，W.Inorg.Chem.2007，46，2446；(d)Kuiry，S.C.；Patil，S.D.；Deshpande，S.；Seal，S.J.Phys.Chem.B.2005，109，6936；(e)Lee，J.S.；Kim，S.J.Am.Ceram.Soc.2007，90，661.]。高温高压水热处理对设备的要求较高，而且添加模板或表面活性剂会造成产物洗涤困难且很难完全去除，因此都难于实现大规模工业化生产，限制了其应用。文献中虽然有纯CeO2纳米棒的常温常压制备方法的报道[(a)Pang，C.；Zhang，D；Shi，L.；Fang，J.；Eur.J.Inorg.Chem.2008，2429；(b)Du，N.；Zhang，H.；Chen，B.；Ma，X.；Yang，D.；J.Phys.Chem.C 2007，111，12677]，但是稀土元素掺杂的CeO2纳米棒的常温常压制备方法还未见报道。
发明内容
本发明为了克服以上技术不足，提供了一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，该方法反应简单，易于控制；成本低，绿色环保；产率高，易于实现大规模的工业化生产。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，包括以下步骤：
(1)将Ce(NO3)3·6H2O与稀土硝酸盐溶于去离子水中，室温下搅拌至完全溶解；稀土元素的掺杂量为：RE/(Ce+RE)的摩尔百分比为0％～30％；
(2)将步骤(1)所得溶液缓慢滴加至过量沉淀剂中，反应温度保持室温，反应体系的pH值＞10，加入过程中不断搅拌，得到反应混合物；所述的沉淀剂为氨水或氢氧化钠溶液；
(3)将步骤(2)得到的反应混合物在密闭环境中进行静态老化，老化温度保持室温，老化时间为24h以上，得到反应产物；
(4)将步骤(3)得到的反应产物进行过滤、洗涤、干燥，制得稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒。
该工业化制备方法所述的稀土硝酸盐中的稀土元素为La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd或Y；稀土元素的优选掺杂量为：RE/(Ce+RE)的摩尔百分比10％～20％。步骤(2)中所述的反应温度优选20～35℃，反应压力为常压。步骤(3)中所述老化温度优选20～35℃。所述氧化铈纳米棒长50-200nm、直径10-30nm。
本发明与现有技术相比，有如下优点：
1.工艺简单。本发明采用传统的沉淀方法，反应简单易于控制，实现了制备方法的简便化；使用常规设备，无苛刻的温度和压力要求，安全可靠。
2.采用稀土硝酸盐作为前驱体，氨水、氢氧化钠为沉淀剂，原料廉价易得；不使用模板、表面活性剂或助剂等有机化合物，成本低，绿色环保，容易得到纯净产品。
3.该方法制备的产品，经600℃高温焙烧仍能保持良好的棒状形貌，形貌可达100％，产率高，易于实现大规模的工业化生产。
4.具有广阔的应用前景。本发明所得的产品可应用于催化反应，燃料电池，电子器件，发光材料，生物医药，抛光粉等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1所得产品的TEM照片。
图2为本发明实施例2所得产品的XRD谱图，其中横坐标为2θ衍射角，纵坐标为强度。
图3为本发明实施例2所得产品的EDS谱图，其中横坐标为能量，纵坐标为强度。
图4为本发明实施例3所得产品的TEM照片。
图5为本发明实施例4所得产品的TEM照片。
图6为本发明实施例5所得产品的HRTEM照片及FFT图。
图7为本发明实施例6所得产品的TEM照片。
图8为本发明实施例7所得产品的TEM照片。
图9为本发明实施例8所得产品的TEM照片。
图10为本发明实施例9所得产品的TEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
称取Ce(NO3)3·6H2O 7.82g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸铈溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸铈溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-100nm、直径10-20nm的氧化铈纳米棒。
实施例2
称取Ce(NO3)3·6H2O 6.33g和La(NO3)3·6H2O 0.60g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-100nm、直径10-20nm稀土元素La掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例3
称取Ce(NO3)3·6H2O 13.03g和Pr(NO3)3·6H2O 1.45g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-100nm、直径10-20nm稀土元素Pr掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例4
称取Ce(NO3)3·6H2O 7.82g和Nd(NO3)3·6H2O 0.88g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长为50-150nm、直径10-20nm稀土元素Nd掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例5
称取Ce(NO3)3·6H2O 7.38g和Sm(NO3)3·6H2O 0.84g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长为50-150nm、直径10-20nm稀土元素Sm掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例6
称取Ce(NO3)3·6H2O 5.65g和Eu(NO3)3·6H2O 1.45g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-200nm、直径10-20nm稀土元素Eu掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例7
称取Ce(NO3)3·6H2O 6.51g和Gd(NO3)3·6H2O 0.75g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-200nm、直径10-30nm稀土元素Gd掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例8
称取Ce(NO3)3·6H2O 7.82g和Y(NO3)3·6H2O 0.77g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-200nm、直径10-30nm稀土元素Y掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例9
称取Ce(NO3)3·6H2O 9.60g和Eu(NO3)3·6H2O 4.22g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 25％氨水，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量氨水中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，所得固体经600℃焙烧2h，得到长50-200nm、直径10-20nm稀土元素Eu掺杂的氧化铈纳米棒。
实施例10
称取Ce(NO3)3·6H2O 5.49g和Y(NO3)3·6H2O 1.21g溶于100ml去离子水中，搅拌溶解得澄清硝酸盐混合溶液，取150ml 2mol/L的NaOH溶液，置于大烧杯，在室温下，将硝酸盐混合溶液缓慢滴加入过量NaOH溶液中，加入过程中不断搅拌，且控制pH＞10，滴加完毕，停止搅拌，将装有混合液的大烧杯密封，于室温静态老化48h，所得沉淀过滤、去离子水洗涤数次、100℃下干燥过夜，得到长50-200nm、直径10-30nm稀土元素Y掺杂的氧化铈纳米棒。

Claims (6)

1.一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将Ce(NO3)3·6H2O与稀土硝酸盐溶于去离子水中，室温下搅拌至完全溶解；稀土元素的掺杂量，即RE/(Ce+RE)的摩尔百分比为8.7％～30％；
(2)将步骤(1)所得溶液缓慢滴加至过量沉淀剂中，反应温度保持室温，反应体系的pH值＞10，加入过程中不断搅拌，得到反应混合物；所述的沉淀剂为氨水或氢氧化钠溶液；
(3)将步骤(2)得到的反应混合物在封闭环境中，常压室温下静态老化24h以上，得到反应产物；
(4)将步骤(3)得到的反应产物进行过滤、洗涤、干燥，制得稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒。
2.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于：所述稀土元素为La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd或Y。
3.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于：稀土元素的掺杂量，即RE/(Ce+RE)的摩尔百分比为10～20％。
4.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于：步骤(2)的反应温度为20～35℃，反应压力为常压。
5.根据权利要求1所述的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于：步骤(3)的老化温度为20～35℃。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法，其特征在于：掺杂氧化铈纳米棒长50-200nm、直径10-30nm。
CN2009102292357A 2009-10-21 2009-10-21 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法 Expired - Fee Related CN101693520B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102292357A CN101693520B (zh) 2009-10-21 2009-10-21 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102292357A CN101693520B (zh) 2009-10-21 2009-10-21 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101693520A CN101693520A (zh) 2010-04-14
CN101693520B true CN101693520B (zh) 2012-07-25

Family

ID=42092536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009102292357A Expired - Fee Related CN101693520B (zh) 2009-10-21 2009-10-21 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101693520B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104591267B (zh) * 2015-02-04 2016-04-06 济南大学 一种多功能型单相烧绿石结构的锡酸钕纳米球复合氧化物材料
CN105148828B (zh) * 2015-07-08 2017-07-04 黑龙江大学 一种掺杂二氧化铈纳米材料在用于吸附及缓释药物分子的应用
CN108821324B (zh) * 2018-09-17 2020-05-19 珠海琴晟新材料有限公司 一种纳米氧化铈及其制备方法和应用
CN113083285B (zh) * 2019-12-23 2022-10-04 天津大学 W元素掺杂氧化铈催化剂及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844486A (zh) * 2006-04-03 2006-10-11 浙江大学 微波合成稀土化合物纳米棒的方法
CN1986117A (zh) * 2006-12-28 2007-06-27 清华大学 一种掺杂氧化铈纳米粉末及其制备方法
CN101070180A (zh) * 2006-12-12 2007-11-14 北京科技大学 一种制备氧化铈纳米粉体的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844486A (zh) * 2006-04-03 2006-10-11 浙江大学 微波合成稀土化合物纳米棒的方法
CN101070180A (zh) * 2006-12-12 2007-11-14 北京科技大学 一种制备氧化铈纳米粉体的方法
CN1986117A (zh) * 2006-12-28 2007-06-27 清华大学 一种掺杂氧化铈纳米粉末及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101693520A (zh) 2010-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zinatloo-Ajabshir et al. Facile synthesis of Nd2Sn2O7-SnO2 nanostructures by novel and environment-friendly approach for the photodegradation and removal of organic pollutants in water
Sun et al. Morphological zinc stannate: synthesis, fundamental properties and applications
Li et al. Solution combustion synthesis of metal oxide nanomaterials for energy storage and conversion
CN100374374C (zh) 一种高比表面积纳米氧化铈的制备方法
CN101717108B (zh) 一种稀土氢氧化物及氧化物纳米棒的工业化制备方法
CN104148047B (zh) 一种碳掺杂氧化锌基可见光催化剂的宏量制备方法
Guo et al. Cobalt‐Doping‐Induced Synthesis of Ceria Nanodisks and Their Significantly Enhanced Catalytic Activity
WO2012083511A1 (zh) 二氧化锰纳米棒的制备方法和应用
Zhang et al. Controlled synthesis, characterization, and morphology-dependent reducibility of ceria− zirconia− yttria solid solutions with nanorod-like, microspherical, microbowknot-like, and micro-octahedral shapes
CN102306751A (zh) 锂离子电池正极材料湿法包覆铝的制备方法
CN104291382A (zh) 一种铁酸镧多孔微球的制备方法
CN101693520B (zh) 一种稀土元素掺杂的氧化铈纳米棒的工业化制备方法
CN104528799A (zh) 一种镁基稀土六铝酸盐超细粉体的制备方法
CN106365194B (zh) 一种钛酸镧纳米材料的制备方法
CN102513083A (zh) 一种硅藻土负载纳米氧化锌复合粉体材料的制备方法
CN106558697A (zh) 一种掺杂Mg的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法
CN102602986A (zh) 一种形貌可控的微纳二氧化锡多孔棒的制备方法
CN102134089B (zh) 一种具有纺锤状大尺度铈基复合氧化物粉体及其制备方法
CN103145168A (zh) 一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法
Lin et al. Research progress in preparation and application of spinel-type metallic oxides (M≥ 2)
CN101831710A (zh) 一种钙钛矿结构钛酸铅单晶纳米枝杈晶的制备方法
CN101665503A (zh) 稀土配合物、稀土氧化物及其制备方法
CN1719641A (zh) 掺杂非晶态氢氧化镍电化学活性纳米粉体材料的制备方法
CN104085930A (zh) 一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法
CN102942204A (zh) 一种二氧化铈纳米粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120725

Termination date: 20151021

EXPY Termination of patent right or utility model