CN103204534A - 一种制备壳层厚度可调的二氧化铈空心球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备壳层厚度可调的二氧化铈空心球的方法，包括下列顺序步骤：(1)将采用
法制备的二氧化硅球放入去离子水中，经超声分散形成白色乳液；(2)将六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，180℃～230℃下保温12～28h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用强碱溶液浸泡去除二氧化硅核，得到黄色的二氧化铈空心球粉末。球壳厚度可通过调节起始反应液中硝酸铈浓度控制，制备工艺简单，且易于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备壳层厚度可调的二氧化铈空心球的方法，具体涉及一种水热化学分解的方法，具体地说涉及一种仅以六水硝酸铈的水热分解为二氧化铈的特点来制备二氧化铈空心球的方法。
背景技术
二氧化铈作为一种含铈元素的重要氧化物，已经成为稀土材料研究中倍受关注的热点材料。特别是含有二氧化铈的复合材料受到研究者的广泛青睐，因为它们具有许多独特的性质，例如：单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力。并且二氧化铈作为一种典型的轻稀土氧化物，具有很高的氧传导能力，它可以随着环境氧浓度的变化，在还原态及氧化态间转换。对氧气浓度的变化起到缓冲作用，即在贫燃情况下释放氧以提高氧浓度，而在富燃条件下吸收氧以降低氧浓度。在实际催化反应中，催化剂所处的气氛会出现氧气浓度过量与不足的交替变化，在这种情况下，二氧化铈可以在氧浓度过量的环境下从O2，NO和H2O中吸收储存O2，而在氧浓度不充足的环境下释放出O2，这个独特的性质称作储放氧能力，在现代高科技领域有着巨大的发展潜力。
目前，模板法合成空心球结构，首先要利用表面活性剂对模板表面进行改性，并且起始反应涉及多种化学物质。
发明内容
针对目前模板法合成空心球结构，首先要利用表面活性剂对模板表面进行改性，并且起始反应涉及多种化学物质参与反应的问题，本发明提出了一种只采用一种模板和一种起始反应物简单合成二氧化铈空心球结构的方法。该方法以二氧化硅球做模板利用六水硝酸铈分解提供二氧化铈，成功得到二氧化空心球结构，球壳厚度可通过调节起始反应液中硝酸铈浓度控制，制备工艺简单，且易于批量生产。
本发明提供一种制备壳层厚度可调的二氧化铈空心球的方法，包括下列顺序步骤：
(1)将采用
法制备的二氧化硅球按照固液比1∶400g/ml放入去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；所述的硝酸铈的摩尔浓度控制在0.050-0.125mol/L；
(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，180℃～230℃下保温12～28h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用强碱溶液浸泡去除二氧化硅核，得到黄色的二氧化铈空心球粉末。
本发明的二氧化铈空心球的形貌和壳层厚度分别由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)证实。图1为典型的二氧化铈空心球结构的SEM照片，从图中可以看出，所得产品由尺寸均匀、分散较好的球形粒子构成。进一步，我们能清楚的看到二氧化铈空心球是由二氧化铈纳米粒子紧密粘接在一起而构成的。几个破碎的二氧化铈球表明所得到的产品具有空心结构，如图片中箭头所示。图2为二氧化铈的TEM照片，从图中可以看出，所得产品具空心结构，由二氧化铈纳米粒子紧密粘接在一起而构成的。并且随着硝酸铈起始浓度的增加，壳层厚度明显的增厚。
本发明的二氧化铈空心球壳层厚度容易控制，分散性好。该方法工艺简单，制备过程中不涉及复杂的化学反应、表面活性剂和有机溶剂的使用，易于进行批量生产。
附图说明
图1为本发明制备的二氧化铈空心球结构的SEM照片；
图2为本发明制备的二氧化铈的TEM照片；
图3为本发明制备的二氧化铈粉末X射线衍射结果；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
具体步骤如下：
(1)将采用法[
W，Fink A，Bohn E，Controlled growth of monodispersesilica spheres in micron size range，J. Colloid Interface Sci.，1968，26(1)：62-69]制备的0.1g二氧化硅放入40ml去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中得到浓度为0.050mol/L的硝酸铈白色乳液；
(3)将该硝酸铈白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，200℃下保温24h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用2mol/L的NaOH溶液浸泡10小时去除二氧化硅核，反应物溶液经离心分离后，用水及乙醇冲洗数次，室温干燥后即得到黄色的二氧化铈空心球粉末。
(5)产品经X射线粉末衍射鉴定为面心立方结构二氧化铈，粉末X射线衍射结果如图3所示，测试结果表明，二氧化铈空心球具有面心立方结构，晶格常数这与JCPDS卡片CeO2(JCPDS34-0394)中的(111)、(202)、(220)、(311)、(222)、(400)、(331)、(420)和(422)面吻合的非常好，表明最终产物为纯的二氧化铈，二氧化铈空心球的形貌和壳层厚度分别由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)证实，如图1和图2a所示，得到了尺寸均匀，壳层厚度约为20nm的二氧化铈空心球。
实施例2
(1)将采用
法制备的0.1g二氧化硅放入40ml去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.075mol/L六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；
(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，200℃下保温24h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用2mol/L的NaOH溶液浸泡10小时去除二氧化硅核，反应物溶液经离心分离后，用水及乙醇冲洗数次，室温干燥后即得到黄色的二氧化铈空心球粉末，其尺寸均匀，壳层厚度约为50nm，如图2b所示。
实施例3
(1)将采用
法制备的0.1g二氧化硅放入40ml去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.100mol/L六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；
(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，200℃下保温24h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用2mol/L的NaOH溶液浸泡10小时去除二氧化硅核，反应物溶液经离心分离后，用水及乙醇冲洗数次，室温干燥后即得到黄色的二氧化铈空心球粉末，其尺寸均匀，壳层厚度约为70nm，如图2c所示。
实施例4
(1)将采用法制备的0.1g二氧化硅放入40ml去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.125mol/L六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；
(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，200℃下保温24h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用2mol/L的NaOH溶液浸泡10小时去除二氧化硅核，反应物溶液经离心分离后，用水及乙醇冲洗数次，室温干燥后即得到黄色的二氧化铈空心球粉末，其尺寸均匀，壳层厚度约为80nm，如图2d所示。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种制备壳层厚度可调的二氧化铈空心球的方法，其特征在于，包括下列顺序步骤：
(1)将采用
法制备的二氧化硅球按照固液比1∶400g/ml放入去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将六水硝酸铈均匀溶解到含有二氧化硅球的白色乳液中；所述的硝酸铈的摩尔浓度控制在0.050-0.125mol/L；
(3)将混合白色乳液转移至内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，180℃～230℃下保温12～28h，在空气中冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后，得到黄色二氧化硅/二氧化铈核壳结构；
(4)所得到的二氧化硅/二氧化铈黄色粉末利用强碱溶液浸泡去除二氧化硅核，得到黄色的二氧化铈空心球粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：控制起始反应液中硝酸铈与二氧化硅模板的比例来调节二氧化铈空心球壳层的厚度。
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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 |