CN102275971A

CN102275971A - 室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法

Info

Publication number: CN102275971A
Application number: CN2011101386072A
Authority: CN
Inventors: 孙晓光; 王铀
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2011-12-14

Abstract

室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，它涉及纳米二氧化铈的制备方法。本发明要解决现有制备纳米CeO₂存在工艺复杂、有机溶剂使用量大、制备条件苛刻或成本高昂等缺点。本发明方法如下：1.CeCl₃·7H₂O和碱金属氢氧化物分别在室温下研磨成粉末状后混合，得到混合物；2.研磨；3.用水超声清洗，抽滤，干燥，即得到纳米二氧化铈。与现有方法相比，本发明工艺简单，不使用任何有机溶剂，从根本上消除了溶剂化作用，无需高温煅烧，反应条件温和，整个制备过程对环境无污染，可进一步提高生产效率，从而降低生产成本；与其它固相反应法相比，反应温度低、环境友好，所得粉体颗粒小且粒径均匀，纯度高。

Description

室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法

技术领域

本发明涉及纳米二氧化铈的制备方法。

背景技术

稀土被认为是新光源、新磁源、新能源、新材料的宝库，同时也是改造传统产业、提升传统产品的“维生素”。稀土纳米氧化物是稀土纳米材料的重要组成部分。其中，纳米CeO₂是用途最广泛的稀土纳米材料。由于具有优越的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，纳米CeO₂被广泛应用于氧化还原反应中，成为极具应用前景的汽车尾气净化催化材料、高温氧敏材料、pH传感材料、燃料电池尤其是固体氧化物燃料电池(SOFC)电极材料、电化学反应促进材料以及金属抗氧化及腐蚀的涂层材料和添加剂等，在现代高科技领域有着巨大的应用潜力。因此，纳米CeO₂的合成与制备已成为材料、化学领域的研究热点之一。

目前，常用的纳米CeO₂的制备方法有固相法、沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳液法、水热合成法、燃烧法和气相法等。这些方法在不同程度上分别存在工艺复杂、大量使用有机溶剂、制备条件苛刻或者成本高昂等缺点。

发明内容

本发明要解决现有制备纳米CeO₂存在工艺复杂、有机溶剂使用量大、制备条件苛刻等缺点。而提供了室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法。

本发明中室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法是按下述步骤进行的：

一、按CeCl₃·7H₂O和碱金属氢氧化物的摩尔比为1∶3的比例分别称取CeCl₃·7H₂O和碱金属氢氧化物，再将CeCl₃·7H₂O和碱金属氢氧化物分别在室温下研磨成粉末状后混合，得到混合物；

二、将步骤一获得的混合物研磨15～30min(在研磨过程中，混合粉体开始变湿，并由白色变为淡棕色，并逐渐变干)，得到混合料；

三、将步骤二获得的混合料用去离子水超声清洗3次以上，抽滤后置于恒温干燥箱中，在80～200℃条件下干燥1～2h，即得到纳米二氧化铈。

本发明纳米CeO₂的室温固相反应法包括两个阶段：前驱体的室温固相合成及前驱体的热分解。在混合粉体的研磨阶段，首先发生复分解反应，生成难溶碱Ce(OH)₃；Ce(OH)₃对空气敏感，随后与空气中氧及生成的水结合，最终变成Ce(OH)₄。对应的反应方程式如下：

CeCl₃·7H₂O+3NaOH＝Ce(OH)₃+3NaCl+7H₂O

4Ce(OH)₃+O₂(g)+2H₂O＝4Ce(OH)₄

由于反应是在不断研磨或球磨过程中进行，反应产物具有晶粒微细、晶型发育不完整等特点，将反应产物超声清洗、过滤后，可得到活性较高、较易分解的前驱体Ce(OH)₄粉末；该粉末处于能量较高的不稳定状态——活化状态，从而能够在较低温度下分解生成CeO₂。对应的反应方程式如下：

Ce(OH)₄＝CeO₂+2H₂O

本发明制备的纳米二氧化铈为立方结构，淡黄色。与现有方法相比，本发明工艺简单，不使用任何有机溶剂，从根本上消除了溶剂化作用，无需高温煅烧，反应条件温和，整个制备过程对环境无污染，可进一步提高生产效率，从而降低生产成本；与其它固相反应法相比，反应温度低、环境友好，所得粉体颗粒小且粒径均匀，颗粒粒径为5nm～15nm，纯度高，纯度在99％以上。

附图说明

图1是具体实施方式七制得的纳米二氧化铈的XRD衍射谱图；图2是具体实施方式七制得的纳米二氧化铈的TEM照片；图3是具体实施方式七制得的纳米二氧化铈的TEM衍射斑点。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法是按下述步骤进行的：

二、将步骤一获得的混合物研磨15～30min，得到混合料；

本实施方式采用研钵或球磨机进行研磨，所用研钵或球磨罐需耐强碱腐蚀。

本实施方式制备的纳米二氧化铈为立方结构，淡黄色，颗粒粒径为5nm～15nm，纯度在99％以上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三所述干燥温度为100～180℃。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三所述干燥温度为120～160℃。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三所述干燥温度为140℃。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述超声清洗，超声波频率为28～40KHz，功率为60～200W。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法是按下述步骤进行的：

二、将步骤一获得的混合物用研钵研磨25min，得到混合料；

三、将步骤二获得的混合料用去离子水超声清洗3次(超声频率为40KHz，超声功率为80W)，抽滤后置于恒温干燥箱中，在80℃条件下干燥2h，即得到纳米二氧化铈。

具体实施方式八：本实施方式室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法是按下述步骤进行的：

一、CeCl₃·7H₂O和KOH分别在室温下研磨成粉末状后按1∶3的摩尔比混合，得到混合物，放入行星式球磨罐中；

二、按球料比3∶1(体积比)放入Al₂O₃磨球，将步骤一获得的混合物高能球磨20min，得到混合料；

三、将步骤二获得的混合料用去离子水超声清洗3次(超声频率为40KHz，功率为80W)，抽滤后置于恒温干燥箱中，在80℃条件下干燥2h，即得到纳米二氧化铈。

本实施方式的产物中只有CeO₂(见图1)，且粒径均匀，在5～15nm之间(见图2-3)。

Claims

1.室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法是按下述步骤进行的：

二、将步骤一获得的混合物研磨15～30min，得到混合料；

2.根据权利要求1所述的室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于步骤一所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

3.根据权利要求1或2所述的室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于步骤三所述干燥温度为100～180℃。

4.根据权利要求1或2所述的室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于步骤三所述干燥温度为120～160℃。

5.根据权利要求1或2所述的室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于步骤三所述干燥温度为140℃。

6.根据权利要求3所述的室温固相反应制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于步骤三超声清洗所需超声波频率为28～40KHz，超声功率为60～200W。