CN103708528A - 一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，包括：将Ce(NO3)3·6H2O、PVP溶于去离子水中，NaOH溶于去离子水中，混合，得到混合溶液，在室温下反应20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，得到纳米二氧化铈种子；将纳米二氧化铈种子分散在去离子水中，加入Ce(NO3)3·6H2O、PVP，在室温下搅拌20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，冷却离心，洗涤，干燥，即得。本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；本发明只改变种子的加入量就可以控制CeO2颗粒的尺寸，这对于合成不同尺寸的CeO2纳米颗粒具有十分重大的意义。

Description

一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法
技术领域
本发明属于纳米二氧化铈的制备领域，特别涉及一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法。
背景技术
纳米CeO2作为一种典型的轻稀土氧化物，其应用开发前景十分广阔。由于它有优越的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，已成为一种性能优异的新型功能材料，可广泛用于催化剂，紫外吸收剂、燃料电池、抛光粉及发光材料。纳米CeO2的性能与其结构、形貌、尺寸和尺寸分布以及材料本身所处的化学物理环境密切相关，这些性质可以通过采用不同的合成方法来调控。因而，研究纳米CeO2的可控制备技术、探索不同反应条件下纳米CeO2的成核和生长机制具有重要意义。
目前常用的制备纳米CeO2材料的方法主要有水热法和溶剂热法等。在水热法中，一般通过改变反应物浓度来得到不同尺寸的二氧化铈，但这种方法需要大量的原料来实现，不利于大量生产。Ming Lin等人【Hydrothermal Synthesis of CeO2Nanocrystals:Ostwald Ripening orOriented Attachment?】改变NaOH（1mmol—10mmol）的量，使得CeO2的粒径从7.25nm改变到13.38nm。在溶剂热法中，一般是通过加入不同量的表面活性剂或者是不同的溶剂来得到不同粒径的CeO2。在这种方法中，需要大量的表面活性剂或者不同的有机溶剂，而且表面活性剂很难从纳米颗粒的表面除去，使得该方法不利于大量生产或产物的最终性能得到改变。Hua Gu等人【Preparation and Characterization of Monodisperse Cerium Oxide Nanoparticles inHydrocarbon Solvents】利用不同的有机溶剂得到不同粒径的产物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，本发明方法简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；该方法在不改变其它实验条件下，只改变种子的加入量就可以控制二氧化铈颗粒的尺寸，这对于合成不同尺寸的纳米二氧化铈颗粒具有十分重大的意义。
本发明的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，包括：
（1）将六水合硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去离子水中，NaOH溶于去离子水中，混合，得到混合溶液，在室温下反应20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，冷却，离心，洗涤，干燥，得到纳米二氧化铈种子；其中六水合硝酸亚铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP、NaOH的质量比为0.4-0.8:0.9:0.04-0.08；
（2）将纳米二氧化铈种子分散在去离子水中，加入Ce(NO3)3·6H2O、PVP，在室温下搅拌20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，冷却离心，洗涤，干燥，即得纳米二氧化铈，其中纳米二氧化铈种子加入量为反应物Ce(NO3)3·6H2O摩尔总量的0.5%-10%；六水合硝酸亚铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP的质量比为1.3-2.6:1.11。
所述步骤（1）中混合溶液中硝酸铈的浓度为0.03-0.06M，氢氧化钠浓度为0.03-0.06M。
所述步骤（1）中为180℃反应24h。
所述步骤（2）中聚乙烯吡咯酮PVP分子量为111g/mol。
所述步骤（2）中混合溶液中硝酸铈的浓度为0.125M。
所述步骤（2）中搅拌为室温条件下搅拌20-30min。
所述步骤（1）、（2）中的反应釜为100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜。
所述步骤（2）中为180℃保温24h。
所述步骤（1）、（2）中离心，洗涤为在8000-10000rmp下离心5-10min，得到的产物用去离子水洗涤3-5次；干燥温度为40-50℃，干燥时间为12-18h。
本发明运用种子法制备尺寸可控的纳米二氧化铈，本发明将不同量的小颗粒种子加入到制备大颗粒的溶液中得到不同粒径的产物。这种方法简单方便，重复性好，可大量生产，更重要的是既没改变反应条件及反应物浓度也没引入其它物质到反应体系中，这对于合成不同尺寸的CeO2具有十分重大的意义。
有益效果
（1）本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；
（2）本发明方法在不改变其它实验条件下，只改变种子的加入量就可以控制二氧化铈颗粒的尺寸，这对于合成不同尺寸的纳米二氧化铈颗粒具有十分重大的意义。
附图说明
图1是实施例2的工艺流程图；
图2是实施例1所得产物的透射电镜图；
图3是对比实施例所得产物的透射电镜图；
图4是实施例2所得产物的透射电镜图；
图5是实施例3所得产物的透射电镜图；
图6是实施例4所得产物的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1、称取0.4342g Ce(NO3)3·6H2O(1mmol)和0.9g PVP溶于25ml的去离子水中，称取0.04g NaOH（1mmol）溶于5ml去离子水中。
2、将步骤1制备的两种溶液混合，在室温下反应30min。
3、将步骤2制备的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃保温24h，待水热釜冷却至室温，离心分离得到沉淀，去离子水洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h。
实施例1的TEM图见图2，产物的平均粒径12.5nm。
实施例2
1、称取0.0043g（0.5%）实施案例1制备的纳米二氧化铈种子，加入5ml去离子水，超声10min，保存备用。
2、称取2.1711g Ce(NO3)3·6H2O(5mmol)和1.11g PVP加入到步骤1中种子液中，然后加入35ml去离子水，室温下搅拌30min。
3、将步骤2制备的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃保温24h，待水热釜冷却至室温，离心分离得到沉淀，去离子水洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h。
实施例2的TEM图见图4，产物的平均粒径323.4nm。
实施例3
1、称取0.0214g（2.5%）实施案例1制备的纳米二氧化铈种子，加入5ml去离子水，超声10min，保存备用。
2、称取2.1711g Ce(NO3)3·6H2O(5mmol)和1.11g PVP加入到步骤1中种子液中，然后加入35ml去离子水，室温下搅拌30min。
3、将步骤2制备的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃保温24h，待水热釜冷却至室温，离心分离得到沉淀，去离子水洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h。
实施例3的TEM图见图5，产物的平均粒径189.9nm。
实施例4
1、称取0.0861g（10%）实施案例1制备的纳米二氧化铈种子，加入5ml去离子水，超声10min，保存备用。
2、称取2.1711g Ce(NO3)3·6H2O(5mmol)和1.11g PVP加入到步骤1中种子液中，然后加入35ml去离子水，室温下搅拌30min。
3、将步骤2制备的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃保温24h，待水热釜冷却至室温，离心分离得到沉淀，去离子水洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h。
实施例4的TEM图见图6，产物的平均粒径117.7nm。
对比实施例
1、称取2.1711g Ce(NO3)3·6H2O(5mmol)和1.11g PVP溶于40ml的去离子水中，室温下搅拌30min。
2、将步骤1制备的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃保温24h，待水热釜冷却至室温，离心分离得到沉淀，去离子水洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h。
对比实施例的TEM图见图3，产物的平均粒径648nm。

Claims (9)

1.一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，包括：
（1）将六水合硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去离子水中，NaOH溶于去离子水中，混合，得到混合溶液，在室温下反应20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，冷却，离心，洗涤，干燥，得到纳米二氧化铈种子；其中六水合硝酸亚铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP、NaOH的质量比为0.4-0.8:0.9:0.04-0.08；
（2）将纳米二氧化铈种子分散在去离子水中，加入Ce(NO3)3·6H2O、PVP，在室温下搅拌20-30min，然后转入反应釜中，150-200℃保温12-32h，冷却离心，洗涤，干燥，即得纳米二氧化铈，其中纳米二氧化铈种子加入量为反应物Ce(NO3)3·6H2O摩尔总量的0.5%-10%；六水合硝酸亚铈Ce(NO3)3·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮PVP的质量比为1.3-2.6:1.11。
2.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中混合溶液中硝酸铈的浓度为0.03-0.06M，氢氧化钠浓度为0.03-0.06M。
3.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中为180℃反应24h。
4.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚乙烯吡咯酮PVP分子量为111g/mol。
5.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中混合溶液中硝酸铈的浓度为0.125M。
6.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中搅拌为室温条件下搅拌20-30min。
7.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）、（2）中的反应釜为100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜。
8.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中为180℃保温24h。
9.根据权利要求1所述的一种尺寸可控的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）、（2）中离心，洗涤为在8000-10000rmp下离心5-10min，得到的产物用去离子水洗涤3-5次；干燥温度为40-50℃，干燥时间为12-18h。
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