CN103754921A - 一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法。采用碳水化合物作为形貌控制剂，尿素作为沉淀剂，水热法制备出碳包碱式碳酸铈前驱体，再高温热处理得到具有高比表面积的单分散CeO2疏松纳米微球。其颗粒尺寸为50nm，300℃煅烧后，比表面积达165m2/g。本发明首次将碳水化合物水热碳化法用于制备氧化铈材料，整个反应过程在水热釜中进行，反应条件相对温和，制备方法简单，产量高达90%以上，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，确切地说是一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，具体地说是在水热釜中，利用葡萄糖作为形貌控制剂调控制备氧化铈粉体的方法。
背景技术
稀土是全球的重要战略性能源。稀土元素由于含有未满的4f电子层结构，在电子跃迁时可以产生多种的电子能级，因此稀土可作为优良的催化、发光和电光源材料。铈是稀土家庭中最丰富的元素。氧化铈基材料由于在催化、燃料电池、光学薄膜、抛光材料、气体探针等方面的广泛应用，引起了研究者的广泛关注。特别是氧化铈由于Ce3+—Ce4+变化而产生的储氧性能，使氧化铈材料在传统催化剂领域有广泛的应用，催化氧化CO、低温催化还原NOx，催化NOx 与 NH3反应等，氟化钙(萤石)结构的氧化铈可以在室温到熔点的温度范围内具有Fm3m空间结构类型，这使得氧化铈材料可以在高温剧烈反应下维持其结构。
水热碳化法是在水热反应釜中加入碳水化合物以制备不同形貌碳质材料，但是目前其的应用主要集中于碳质材料的制备上，而使用碳水化合物作为形貌控制剂控制纳米氧化物生长目前还没有报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种使用碳水化合物作为形貌控制剂制备大比表面单分散氧化铈疏松纳米球的方法。
上述目的通过以下方案实现：
一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：其使用尿素作为沉淀剂，选用碳水化合物作为形貌控制剂，采用水热法，制备出碳包碱式碳酸铈球前驱体，再经过高温热处理后得到具有高比表面积的CeO2疏松纳米球。
所述的一种二氧化铈纳米球的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）配制浓度10g/L左右的硝酸铈溶液作为母液，再取硝酸铈母液50ml左右 于水热反应釜中；
（2）称取摩尔量是相应硝酸铈摩尔量的10-20 倍的沉淀剂，称取形貌控制剂1-6g，将沉淀剂和形貌控制剂加入到水热反应釜中，搅拌使其分散均匀；
（3）将水热反应釜密封，放入恒温鼓风干燥箱中180-220 ℃下水热反应2小时左右，即得碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料；
（4)碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料经过焙烧，得单分散氧化铈疏松纳米球。
所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂为尿素，碳酸铵或碳酸氢铵中的一种或两种复合。
所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述形貌控制剂为碳氢化合物。
所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：水热反应2小时左右后用蒸馏水交替离心清洗样品三次，干燥即得碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料。
所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：对所获得的碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料置于300℃左右温度下空气气氛下焙烧，升温速度10℃/min左右，保温时间3h左右，随炉冷却至室温，得到单分散氧化铈疏松纳米球。
所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述形貌控制剂为淀粉，蔗糖，木糖，葡萄糖，麦芽糖中的一种或几种。
本发明的有益效果为：
（1）本发明制备单分散氧化铈疏松纳米球的方法首次将碳水化合物水热碳化法用于制备氧化铈材料，整个反应过程在水热釜中进行，反应条件相对温和，制备方法简单，反应周期短，产量高达90%以上，适用于工业化生产。
（2）本发明制备单分散氧化铈疏松纳米球的方法具有成本低，环保等特点。所用原料不仅价格便宜且使用的沉淀剂和形貌控制剂均为绿色环保材料，整个生产环节绿色无污染。
（3）本发明制备单分散氧化铈疏松纳米球的方法制得的氧化铈纳米球大小均匀，形貌相似，比表面积大于165m2/g，远远大于未添加碳水化合物之前所得氧化铈微米锥的26 m2/g。
（4）它采用水热碳化法制备碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料和单分散氧化铈疏松纳米球，所获得的氧化铈纳米球比表面积大于165m2/g，远远大于未添加碳水化合物之前所得氧化铈微米锥的26m2/g。
附图说明：
图1是按照实施例1制备的氧化铈微米锥的扫描电镜照片（SEM）；
图2是按照实施例1制备的氧化铈微米锥的透射电镜照片（TEM）；
图3是按照实施例1制备的氧化铈微米锥的高分辨透射电镜照片（HRTEM）；
图4是按照实施例1制备的氧化铈微米锥的X射线衍射图谱（XRD）；
图5是按照实施例2制备的单分散氧化铈疏松纳米球的扫描电镜照片（SEM）；
图6是按照实施例2制备的单分散氧化铈疏松纳米球的透射电镜照片（TEM）；
图7是按照实施例2制备的单分散氧化铈疏松纳米球的高分辨透射电镜照片（HRTEM）；
图8是按照实施例2制备的单分散氧化铈疏松纳米球的X射线衍射图谱（XRD）。
具体实施方式
本发明具体实施方式中所用的硝酸铈，尿素，葡萄糖等均为市售分析纯产品。
实施例1
（1）称取0.5gCe(NO3)3·6H2O溶于50ml蒸馏水中配制成硝酸铈母液，转移至70ml水热反应釜中；
（2）称取1g尿素转移至步骤（1）中的水热反应釜里，溶于所述硝酸铈母液中，搅拌使其完全溶解；
（3）将步骤（2）的水热反应釜密封，放入恒温鼓风干燥箱中200 ℃下反应2小时，所得悬浊液离心分离，沉淀水洗3次，60 ℃下烘干所得白色粉末即为碱式碳酸铈微米锥材料；
（4）把步骤（3）中所得的碱式碳酸铈微米锥材料300 ℃下焙烧3h，得0.1805g浅黄色纳米氧化铈粉末，产率为91.1%，产品即为的氧化铈微米锥。
图1为使用本方法制得的氧化铈微米锥的SEM 图，从图1中可以看出制得氧化铈微米锥具有均一的锥形结构，粒子粒径为微米级，粒子大小均匀，形貌相似。
图2为使用本方法制得的氧化铈微米锥的TEM 图，从图中可以看到其分散性良好，比表面积小，微米锥由直径5-7nm左右的氧化铈纳米晶堆积而成。
图3为使用本方法制得的氧化铈微米锥的HRTEM 图，从图中可以氧化铈微米锥由直径5-7nm左右的氧化铈纳米晶堆积而成。其晶格条纹对应与JCPDS 卡号为81-0792的氧化铈晶面。
图4为使用本方法制得的氧化铈粉末的XRD 图，从图4可看出制得的固体为立方晶系CeO2，对应JCPDS 卡号为81-0792，无其它杂质峰，氧化铈纯度高。
实施例2
（1）称取0.5gCe(NO3)3·6H2O溶于50ml蒸馏水中配制成硝酸铈母液，转移至70ml水热反应釜中；
（2）称取1g尿素，6g葡萄糖，转移至步骤（1）中的水热反应釜里，溶于所述硝酸铈母液中，搅拌使其完全溶解；
（3）将步骤（2）的水热反应釜密封，放入恒温鼓风干燥箱中200 ℃下反应2小时，所得悬浊液离心分离，沉淀水洗3次，60 ℃下烘干所得棕色粉末即为碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料；
（4）把步骤（3）中所得碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料300 ℃下焙烧3h，得0.1912g浅黄色纳米氧化铈粉末，产率为96.5%，产品即为单分散氧化铈疏松纳米球。
图5为使用本方法制得单分散氧化铈疏松纳米球的SEM 图，从图1中可以看出制得的氧化铈具有均一的球形结构，粒子粒径为50nm，粒子大小均匀，形貌相似。
图6为使用本方法制得单分散氧化铈疏松纳米球的TEM 图，从图中可以看到其分散性良好，比表面积大，纳米球由直径5-7nm左右的氧化铈纳米晶堆积而成。
图7为使用本方法制得单分散氧化铈疏松纳米球的HRTEM 图，从图中可以单分散氧化铈疏松纳米球由直径5-7nm左右的氧化铈纳米晶堆积而成。其晶格条纹对应与JCPDS 卡号为81-0792的氧化铈晶面。
图8为使用本方法制得单分散氧化铈疏松纳米球的XRD 图，从图4可看出制得的固体为立方晶系CeO2，对应JCPDS 卡号为81-0792，无其它杂质峰，氧化铈纯度高。
Claims (7)
1.一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：其使用尿素作为沉淀剂，选用碳水化合物作为形貌控制剂，采用水热法，制备出碳包碱式碳酸铈球前驱体，再经过高温热处理后得到具有高比表面积的CeO2疏松纳米球。
2. 如权利要求1 所述的一种二氧化铈纳米球的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）配制浓度10g/L左右的硝酸铈溶液作为母液，再取硝酸铈母液50ml左右 于水热反应釜中；
（2）称取摩尔量是相应硝酸铈摩尔量的10-20 倍的沉淀剂，称取形貌控制剂1-6g，将沉淀剂和形貌控制剂加入到水热反应釜中，搅拌使其分散均匀；
（3）将水热反应釜密封，放入恒温鼓风干燥箱中180-220 ℃下水热反应2小时左右，即得碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料；
（4)碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料经过焙烧，得单分散氧化铈疏松纳米球。
3.如权利要求2 所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂为尿素，碳酸铵或碳酸氢铵中的一种或两种复合。
4. 如权利要求2 所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述形貌控制剂为碳氢化合物。
5. 如权利要求2 所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：水热反应2小时左右后用蒸馏水交替离心清洗样品三次，干燥即得碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料。
6.如权利要求2 所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：对所获得的碳包碱式碳酸铈核壳结构纳米材料置于300℃左右温度下空气气氛下焙烧，升温速度10℃/min左右，保温时间3h左右，随炉冷却至室温，得到单分散氧化铈疏松纳米球。
7.如权利要求4所述的一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法，其特征在于：所述形貌控制剂为淀粉，蔗糖，木糖，葡萄糖，麦芽糖中的一种或几种。
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