CN108585040B - 一种CeVO4功能材料的快速制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CeVO₄功能材料的快速制备方法，以CeO₂和V₂O₅为原材料，经过研磨混合后，将反应炉预升温至设定的反应温度，将混合物直接放入升温后的反应炉内，快速合成CeVO₄功能材料。本发明采用简单的急热固相反应法，易于实施，针对产物熔点低、易挥发的特点，采用预升温至反应温度，通过急热加快反应过程，减少反应物挥发的时间，得到目标产物，制备方法简单，使用设备简单，成本低、重复性好，适合产业化生产。

Description

一种CeVO4功能材料的快速制备方法

技术领域

本发明涉及一种CeVO₄功能材料的快速制备方法，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

CeVO₄属于钒酸盐中的一种，结构类型为RVO₄型，其中R为稀土元素，该类材料含有Ce⁴⁺/Ce³⁺和V⁵⁺/V⁴⁺两个活化中心，可广泛应用于光催化、氧化降解和电致发光等方面，制备方法有固相法、水热法、微波烧结法等，材料形态从纳米粉体、陶瓷到晶体，形态各异，应用范围极广，受到科研人员的广泛关注。

如申请号：201310751520.1 ，公开了一种CeVO₄微米球光催化剂及其制备方法，其步骤为：将摩尔比为1：1的Ce(NO₃)₃·6H₂O和NH₄VO₃溶于去离子水，形成溶液A；称取EDTA溶于去离子水中，形成溶液B，其中：Ce(NO₃)₃·6H₂O和EDTA的摩尔比为1：1；将溶液B倒入到溶液A中，二者混合，并进行磁力搅拌；将经过搅拌后的溶液装入不锈钢反应釜中，将反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并保温反应6～24小时；将水热后的产物随炉冷却后，先后用去离子水和乙醇清洗，然后干燥。本发明的CeVO₄微米球为四方单晶，空间群为：141/amd[141]；且该CeVO₄微米球为球形，其直径为2～4μm，球壁为100nm。本发明的制备方法简单，粒径分布均匀。

现有技术多采用水热法制备，其过程复杂，工序相对较多，用时较长，产量低，但有时可以制备形貌各异的CeVO₄晶体。而固相反应法制备简单，有一个升温过程，可能导致原料中V₂O₅挥发损失，使得产物中包含少量的CeO₂。微波烧结法升温迅速，可实现微波与材料的直接耦合，烧结时间短，但需要专门的微波烧结设备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于光催化、电致变色、氧化性催化剂等领域的CeVO₄功能材料的快速制备方法，通过把充分研磨混合后的混合物直接放置在目标反应温度下反应，去除中间的升温环节，避免低熔点反应物V₂O₅的挥发，快速制备目标产物；同时，可控制煅烧时间，按实际需要获得不同尺寸的CeVO₄颗粒。

为了达到上述目的，本发明采用的技术手段是：一种CeVO₄功能材料的快速制备方法，以CeO₂和V₂O₅为原材料，经过研磨混合后，将反应炉预升温至设定的反应温度，将混合物直接放入升温后的反应炉内，快速合成CeVO₄功能材料。

进一步的，所述设定的反应温度为650^oC～1200^oC，反应时间为20min～10h。

更进一步的，所述设定的反应温度为900^oC～1200^oC，反应时间为5 h～10h。

更进一步的，所述CeO₂和V₂O₅按照Ce：V=1:1的摩尔比称量。

进一步的，所述CeVO₄功能材料用于光催化、电致变色、氧化性催化剂。

进一步的，所述混合物放置在刚玉坩埚中，直接放入升温后的反应炉内。

本发明具有以下优点：采用简单的急热固相反应法，易于实施，针对产物熔点低、易挥发的特点，采用预升温至反应温度，通过急热加快反应过程，减少反应物挥发的时间，得到目标产物，制备方法简单，使用设备简单，成本低、重复性好，适合产业化生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1为本发明实施例1中得到CeVO₄的XRD图谱；

图2 本发明实施例2中得到CeVO₄的XRD图谱；

图3 本发明实施例3中得到CeVO₄的XRD图谱；

图4 本发明实施例3中得到CeVO₄粉体的SEM扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

按本申请公开的固相法制备CeVO₄

1)称量前，将CeO₂和V₂O₅放置在干燥箱中100^oC干燥2h。

2)按照Ce：V=1:1的摩尔比例将称量好的CeO₂和V₂O₅放置在行星球磨机的研磨罐中，以300r/min的转速研磨5h。

3)将高温炉升温至600^oC。

4)将研磨后的混合粉体放置在刚玉坩埚中，直接放入600^oC的炉腔内，保温5h，直接取出，得到目标产物。

5)将煅烧后的粉体进行XRD分析，其衍射图谱如图1所示。

实施例2

1)称量前，将CeO₂和V₂O₅放置在干燥箱中100^oC干燥2h。

2)按照Ce：V=1:1的摩尔比例将称量好的CeO₂和V₂O₅放置在行星球磨机的研磨罐中，以300r/min的转速研磨5h。

3)将高温炉分别升温至650^oC和800 ^oC。

4)将研磨后的混合粉体放置在刚玉坩埚中，分别直接放入650^oC和800 ^oC的炉腔内，保温5h，直接取出，得到目标产物。

5)将煅烧后的粉体进行XRD分析，其XRD图谱如图2所示。

实施例3

1)称量前，将CeO₂和V₂O₅放置在干燥箱中100^oC干燥2h。

2)按照Ce：V=1:1的摩尔比例将称量好的CeO₂和V₂O₅放置在行星球磨机的研磨罐中，以300r/min的转速研磨5h。

3)将高温炉升温至900 ^oC。

4)将研磨后的混合粉体放置在刚玉坩埚中，接放入900^oC的炉腔内，保温5h，直接取出，得到目标产物。

5)将煅烧后的粉体进行XRD分析，其XRD图谱如图3所示，其微观形貌如图4所示。

对比实施例1、2和3中XRD图谱测试和分析时，忽略盛样品的AI样品槽的衍射峰。

在实施例1中，图1所示为标准CeVO₄、CeO₂、V₂O₅卡片和产物的XRD图谱。从图1上可以看出，在粉体的XRD图谱中，主晶相为CeVO₄，此外，还有一些小的衍射峰，通过对比各个物质标准卡片库的三强峰，发现产物中还含有CeO₂、V₂O₅两种原料的衍射峰。由此判断，在600^oC的温度下，反应不充分。

在实施例2中，图2为标准CeVO₄、CeO₂卡片和产物的XRD图谱。从图2上可以看出，主晶相为CeVO₄，此外，还有一个极小的衍射峰，其峰值强度通过对比CeO₂标准卡片的三强峰，发现产物中含有极少量CeO₂的衍射峰，混合物在650^oC温度下煅烧后得到的CeO₂衍射峰的相对强度为0.28%，在850^oC温度下煅烧后得到的CeO₂衍射峰的相对强度为0.6%。由此判断，该产物中虽然还有极少量的CeO₂，但其相对衍射峰的强度小玉1%，可认为反应相对充分。

在实施例3中，图3显示的为产物的XRD图谱。从图3上可以看出，产物中只有CeVO₄，而没有发现任何其他两种原料的峰，说明在此温度下，反应充分进行。图4给出的混合粉体经煅烧后，没经过研磨的晶粒表面形貌图。从图4上可以看出，煅烧后晶粒有些结块，但单个晶粒清晰可见，晶粒尺寸大约为1-2μm。

通过试验我们发现，当煅烧温度小于650^oC时，即使反应时间在5h，产物的XRD图谱中不仅有目标产物CeVO₄的特性峰，还包含有原材料CeO₂和V₂O₅的特征峰，说明反应没有充分进行，该固相反应不充分；当煅烧温度在650～850^oC时，目标特征峰CeVO₄非常明显，仅仅含有极少量的CeO₂特征峰，其CeO₂最强衍射峰值相对强度不超过1%，可认为此含量极少，反应产物中有极小一部分CeO₂残留。当温度大于900^oC时，其产物XRD特征峰中只有目标产物CeVO₄的特征峰，说明此温度下，反应充分、完全，且V₂O₅基本没损失，没有检测出相应剩余反应物CeO₂，该固相反应迅速完成，产物完全生产CeVO₄，并没有因温度升高导致的V₂O₅挥发而剩余CeO₂。因此，在钒酸盐的制备过程中，采用急热的固相反应法可以允许低熔点的反应物使用常规的高温固相反应法，且反应迅速、完全。该急热固相反应法可用于大规模制备钒酸盐功能材料，且设备简单、成本低，适用于大规模生产。

本发明所公开的实例只针对本发明的技术方案的解释，不能作为对本发明的内容的限制，本领域技术人员在本发明基础上的变更依然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种CeVO₄功能材料的快速制备方法，其特征在于：以CeO₂和V₂O₅为原材料，经过研磨混合后，将反应炉预升温至设定的反应温度，将混合物直接放入升温后的反应炉内，快速合成CeVO₄功能材料；所述设定的反应温度为900℃～1200℃，反应时间为5 h～10h；所述CeO₂和V₂O₅ 按照Ce：V=1:1的摩尔比称量。

2.根据权利要求1所述的CeVO₄功能材料的快速制备方法，其特征在于：所述混合物放置在刚玉坩埚中，直接放入升温后的反应炉内。

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