CN113772710A - 一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 - Google Patents
一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113772710A CN113772710A CN202111183877.5A CN202111183877A CN113772710A CN 113772710 A CN113772710 A CN 113772710A CN 202111183877 A CN202111183877 A CN 202111183877A CN 113772710 A CN113772710 A CN 113772710A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cerium
- cerium dioxide
- nanowires
- preparation
- molybdate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 57
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012378 ammonium molybdate tetrahydrate Substances 0.000 claims description 4
- FIXLYHHVMHXSCP-UHFFFAOYSA-H azane;dihydroxy(dioxo)molybdenum;trioxomolybdenum;tetrahydrate Chemical compound N.N.N.N.N.N.O.O.O.O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O FIXLYHHVMHXSCP-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims description 4
- KYYSIVCCYWZZLR-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);dioxido(dioxo)molybdenum Chemical compound [Co+2].[O-][Mo]([O-])(=O)=O KYYSIVCCYWZZLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RWVGQQGBQSJDQV-UHFFFAOYSA-M sodium;3-[[4-[(e)-[4-(4-ethoxyanilino)phenyl]-[4-[ethyl-[(3-sulfonatophenyl)methyl]azaniumylidene]-2-methylcyclohexa-2,5-dien-1-ylidene]methyl]-n-ethyl-3-methylanilino]methyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(OCC)=CC=C1NC1=CC=C(C(=C2C(=CC(C=C2)=[N+](CC)CC=2C=C(C=CC=2)S([O-])(=O)=O)C)C=2C(=CC(=CC=2)N(CC)CC=2C=C(C=CC=2)S([O-])(=O)=O)C)C=C1 RWVGQQGBQSJDQV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 11
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract description 2
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N toluene Substances CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 17
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000012695 Ce precursor Substances 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RQYSWULBRFINID-UHFFFAOYSA-N [Mo].[Ce] Chemical compound [Mo].[Ce] RQYSWULBRFINID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 8
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 6
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 description 6
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 description 6
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 4
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 4
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- -1 molybdenum modified cerium dioxide Chemical class 0.000 description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Ce+3].[Ce+3] DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000002153 concerted effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 230000003090 exacerbative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- WFLYOQCSIHENTM-UHFFFAOYSA-N molybdenum(4+) tetranitrate Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].[Mo+4].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-] WFLYOQCSIHENTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 description 1
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 description 1
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/10—Preparation or treatment, e.g. separation or purification
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/28—Molybdenum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/58—Fabrics or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/224—Oxides or hydroxides of lanthanides
- C01F17/235—Cerium oxides or hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用，属于材料制备和环境治理技术领域，将钼源、铈源的水溶液通过强碱性水热反应后生成氧化铈前驱体、钼源的混合物，通过水热搅拌将其均匀混合，最后在空气气氛中高温煅烧得到了二氧化铈纳米线。用钼元素对二氧化铈改性以后不仅可以改变二氧化铈的形貌，而且可以提高二氧化碳的产量，可代替贵金属来达到提高二氧化碳产量的目的，显著降低了成本。本发明方法具有操作简便、原料易得、成本低、能源消耗少等优点；稳定性良好，活性高，光热催化燃烧挥发性有机化合物的效率高。
Description
技术领域
本发明属于材料制备和环境治理技术领域，涉及一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用。
背景技术
VOCs(Volatile organic compounds)是指在常温下，沸点50～260℃的各种有机化合物，能参与大气环境中臭氧、光化学烟雾、二次气凝胶的形成，是加剧大气复合污染的重要因素，直接影响人类健康和经济社会可持续发展。近年来，挥发性有机物的污染治理受到高度重视。催化燃烧法由于具有高去除效率、无二次污染等优势，被认为是治理VOCs最有效的技术之一，而研发高效的催化剂是提升该技术核心竞争力的关键。其中，CeO2中Ce3+和Ce4+态之间的转换可实现氧化还原的循环，因而CeO2具有优越的储/释氧功能和氧空位快速扩散能力，不仅可以作为助剂改善催化剂性能，也可作为活性组分或者载体，使催化剂在贫氧和富氧下均能保持活性。
因为二氧化铈的催化反应性强烈依赖于晶体暴露面，故对其形貌的控制至关重要。CN201911262263.9公开了一种二氧化铈纳米片的制备方法，是以正硅酸乙酯为模板剂，以硝酸铈为源物质，得到尺寸均匀的二氧化铈纳米片，其制备过程需要外加模板剂。CN202110191015.0报道了一种球形纳米二氧化铈材料的制备方法，是将铈源溶于有机溶剂中，然后加入高分子聚合物经离心洗涤干燥得到球形纳米二氧化铈材料，其制备过程复杂，球形粒子分布不均匀。CN201910920710.9报道了一种二氧化铈纳米线的制备，是滤纸作为基底-活化滤纸表面-原位生长金属有机框架材料-电沉积制备二氧化铈纳米线-金属有机框架异质结共同修饰的纸片，其制备过程需要基底物质，存在工艺复杂、反应条件复杂等缺点。Xianjun Du于2012年利用硝酸铈及氢氧化钠制备出了二氧化铈纳米线，但在进一步实验重复下发现该纳米线分布并不均匀。
发明内容
为了克服上述现有技术中，二氧化铈纳米线分布不均匀、长径比小的缺点，本发明的目的在于提供一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种二氧化铈纳米线的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)将氢氧化钠、硝酸铈、钼酸盐及去离子水混合，得到混合溶液；
步骤2)对混合溶液进行水热反应，冷却、洗涤和干燥后，得到二氧化铈前驱体；
步骤3)对二氧化铈前驱体进行高温煅烧，得到二氧化铈纳米线。
优选地，钼酸盐为二水钼酸钠、四水钼酸铵或钼酸钴的任意一种；铈盐为硝酸铈；强碱溶液为氢氧化钠溶液
优选地，氢氧化钠、硝酸铈、钼酸盐及去离子水混合的投料比为19.2g：1.74g：(0.0187～0.1269)g：80ml。
优选地，水热反应的条件为：温度80～180℃，时间为12～48h。
优选地，用去离子水洗涤至中性后于烘箱干燥，干燥温度为50～80℃，干燥时间为6～8h。
优选地，高温煅烧的条件为：400～600℃，时间为2～6h。
一种根据所述制备方法得到的二氧化铈纳米线，二氧化铈纳米线的尺寸为30-200nm，结构形状为立方萤石结构。
一种所述二氧化铈纳米线在光热催化燃烧挥发性有机物领域的应用，二氧化铈纳米线作为催化剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种二氧化铈纳米线的制备方法，将钼源、铈源的水溶液通过强碱性水热反应后生成氧化铈前驱体、钼源的混合物，通过水热搅拌将其均匀混合，最后在空气气氛中高温煅烧得到了二氧化铈纳米线。用钼元素对二氧化铈改性以后不仅可以改变二氧化铈的形貌，而且可以提高二氧化碳的产量，可代替贵金属来达到提高二氧化碳产量的目的，显著降低了成本。本发明方法具有操作简便、原料易得、成本低、能源消耗少等优点；稳定性良好，活性高，光热催化燃烧挥发性有机化合物的效率高。
进一步地，钼的含量过低，复合催化剂催化效率低；钼含量过高，会覆盖二氧化铈的活性位点，也会影响催化效率。
进一步地，钼源来源多样化，易于购买、成本低廉。
进一步地，煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为2～6h，煅烧温度以及煅烧时间会影响二氧化铈的晶型。
本发明还公开了采用上述制备方法制得的二氧化铈纳米线，二氧化铈纳米线为立方萤石结构CeO2，能够将甲苯催化氧化为二氧化碳。另外，还具有无毒无害，耐高温、耐酸碱腐蚀的特点，是一种稳定性良好的光热催化材料。
本发明还公开了二氧化铈纳米线材料的应用，该材料在光热催化氧化甲苯活性测试实验中，二氧化铈纳米线较团簇状二氧化铈反应活性明显提高，其中二氧化碳产量最高提高3倍。另外，由扫描电镜图可以看出钼修饰以后改变了二氧化铈的形貌，因此该材料可以应用于光热催化领域中来催化氧化挥发性有机化合物。
附图说明
图1为本发明制得的二氧化铈催化剂的XRD图，图中黑色垂直细线是对应CeO2的PDF卡片；
图2为本发明实施例1～4制得的添加不同钼含量催化剂与氧化铈的催化活性对比图；
图3为本发明实施例1～4制得的二氧化铈催化剂的扫描电镜图(a为实施例3，b为实施例2，c为实施例1，d为实施例4)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种二氧化铈纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.74g六水硝酸铈和0.1269g四水钼酸铵一起溶于40mL蒸馏水中，得到硝酸铈和钼酸铵混合溶液；将19.2g氢氧化钠溶于40mL蒸馏水中，得到氢氧化钠溶液；
2)在不断搅拌下将氢氧化钠溶液逐滴滴入硝酸铈和钼酸铵混合溶液中，持续搅拌30分钟，得到新的混合溶液；
3)将新混合溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在120℃条件下反应36h。待反应结束，自然冷却后，留下下层沉淀物。
4)用去离子水与乙醇溶液离心洗涤多次至中性，在60℃干燥8h，得到钼铈前驱体材料。
5)将钼铈前驱体材料放于马弗炉中，在空气氛围下500℃高温煅烧4h。即可得到10％钼修饰二氧化铈光催化材料(10％为理论钼元素质量和二氧化铈质量的比值)。
实施例2
一种二氧化铈纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.74g六水硝酸铈和0.06345g四水钼酸铵一起溶于40mL蒸馏水中，得到硝酸铈和钼酸铵混合溶液；将19.2g氢氧化钠溶于40mL蒸馏水中，得到氢氧化钠溶液；
2)在不断搅拌下将氢氧化钠溶液逐滴滴入硝酸铈和钼酸铵混合溶液中，持续搅拌30分钟，得到新的混合溶液；
3)将新混合溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在80℃条件下反应48h。待反应结束，自然冷却后，留下下层沉淀物。
4)用去离子水与乙醇溶液离心洗涤多次至中性，在50℃干燥8h，得到钼铈前驱体材料。
5)将钼铈前驱体材料放于马弗炉中，在空气氛围下400℃高温煅烧6h。即可得到5％钼修饰二氧化铈光催化材料(5％为理论钼元素质量和二氧化铈质量的比值)。
实施例3
一种二氧化铈纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.74g六水硝酸铈和0.0187g二水钼酸钠一起溶于40mL蒸馏水中，得到硝酸铈和钼酸铵混合溶液；将19.2g氢氧化钠溶于40mL蒸馏水中，得到氢氧化钠溶液；
2)在不断搅拌下将氢氧化钠溶液逐滴滴入硝酸铈和钼酸钠混合溶液中，持续搅拌30分钟，得到新的混合溶液；
3)将新混合溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在100℃条件下反应24h。待反应结束，自然冷却后，留下下层沉淀物。
4)用去离子水与乙醇溶液离心洗涤多次至中性，在80℃干燥6h，得到钼铈前驱体材料。
5)将钼铈前驱体材料放于马弗炉中，在空气氛围下500℃高温煅烧5h。即可得到1％钼修饰二氧化铈光催化材料(1％为理论钼元素质量和二氧化铈质量的比值)。
实施例4
一种二氧化铈纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.74g六水硝酸铈和0.5049g钼酸钴一起溶于40mL蒸馏水中，得到硝酸铈和钼酸铵混合溶液；将19.2g氢氧化钠溶于40mL蒸馏水中，得到氢氧化钠溶液；
2)在不断搅拌下将氢氧化钠溶液逐滴滴入硝酸铈和硝酸钼混合溶液中，持续搅拌30分钟，得到新的混合溶液；
3)将新混合溶液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃条件下反应12h。待反应结束，自然冷却后，留下下层沉淀物。
4)用去离子水与乙醇溶液离心洗涤多次至中性，在70℃干燥7h，得到钼铈前驱体材料。
5)将钼铈前驱体材料放于马弗炉中，在空气氛围下600℃高温煅烧2h。即可得到20％钼修饰二氧化铈光催化材料(20％为理论钼元素质量和二氧化铈质量的比值)。
所述的铈源和钼源添加量按照如下方法确定：
其中，铈源质量自主规定，如500mg，进一步推算其他结果。
取实施例1制得的样品100mg，经X射线衍射，得到如图1所示的XRD衍射图。图1中峰型尖锐，是典型的二氧化铈晶体，由于离心洗涤所以没有与钼相关的XRD衍射峰。图1中峰位置和标准卡片(PDF#34-0393)对比可以看出，存在立方萤石结构二氧化铈。
活性测试过程：分别称取实施例1～4的样品100mg及二氧化铈100mg，设置五个实验。将五个样品分别均匀分散在直径50mm的样品管中，并放入真空反应装置中，用注射器向真空反应装置中加入40μL甲苯，再充入干燥空气至常压，然后对样品加热150℃并光照，每0.5h用气相色谱检测产物浓度，得到如图2所示的曲线。从图2可知，实施例1～4的样品与未改性的氧化铈相比，对于甲苯的催化氧化效率明显提高，实施例1最优，最高可提高3倍。
取本实施例1～4制得的样品，进行扫描电镜测试表征，结果如图3所示，从图3中看出，添加钼元素后的材料较纯二氧化铈形貌发生了较大变化，有利于光热协同催化燃烧甲苯的发生。用钼元素对二氧化铈形貌控制后不仅可以改变二氧化铈的形貌，而且可以提高二氧化碳的产量，因此钼元素可代替贵金属来达到提高二氧化碳产量的目的。
综上所述，本发明涉及一种均匀的二氧化铈纳米线及其制备方法和应用。该制备方法包括：将六水合硝酸铈和钼酸盐通过水热生成氧化铈的前驱体，最后在空气气氛中高温煅烧得到了氧化铈催化剂。本发明还包括不同形貌的二氧化铈以及二氧化铈在光热催化降解甲苯中的应用。本发明制备得到的线形二氧化铈纳米材料在150℃对甲苯具有明显的催化性能，能将甲苯催化降解为无毒无害的二氧化碳。用钼元素对氧化铈改性后不仅得到二氧化铈纳米线，而且可以提高二氧化碳的产量，可代替贵金属来达到提高二氧化碳产量的目的，显著降低成本。本方法制备过程简单、成本低廉、原料易得。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)将氢氧化钠、硝酸铈、钼酸盐及去离子水混合，得到混合溶液；
步骤2)对混合溶液进行水热反应，冷却、洗涤和干燥后，得到二氧化铈前驱体；
步骤3)对二氧化铈前驱体进行高温煅烧，得到二氧化铈纳米线。
2.根据权利要求1所述的二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，钼酸盐为二水钼酸钠、四水钼酸铵或钼酸钴的任意一种；铈盐为硝酸铈；强碱溶液为氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，氢氧化钠、硝酸铈、钼酸盐及去离子水混合的投料比为19.2g：1.74g：(0.0187～0.1269)g：80ml。
4.根据权利要求1所述的二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，水热反应的条件为：温度80～180℃，时间为12～48h。
5.根据权利要求1所述的二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，用去离子水洗涤至中性后于烘箱干燥，干燥温度为50～80℃，干燥时间为6～8h。
6.根据权利要求1所述的二氧化铈纳米线的制备方法，其特征在于，高温煅烧的条件为：400～600℃，时间为2～6h。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述制备方法得到的二氧化铈纳米线，其特征在于，二氧化铈纳米线的尺寸为30-200nm，结构形状为立方萤石结构。
8.一种权利要求7所述的二氧化铈纳米线在光热催化燃烧挥发性有机物领域的应用，其特征在于，二氧化铈纳米线作为催化剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111183877.5A CN113772710B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111183877.5A CN113772710B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113772710A true CN113772710A (zh) | 2021-12-10 |
| CN113772710B CN113772710B (zh) | 2023-01-03 |
Family
ID=78855072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111183877.5A Active CN113772710B (zh) | 2021-10-11 | 2021-10-11 | 一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113772710B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115124064A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-30 | 厦门稀土材料研究所 | 二氧化铈纳米材料及其制备方法和应用 |
| CN116078372A (zh) * | 2023-04-06 | 2023-05-09 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种用于合成环状碳酸酯的催化剂及其制备方法和用途 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102050479A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-05-11 | 山东交通学院 | 一种二氧化铈纳米棒及其制备方法 |
| CN103349980A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-16 | 天津大学 | 一种铈基催化剂及其制备方法和在氮氧化物选择性催化还原中的应用 |
| CN104676610A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-06-03 | 南京大学 | 一种催化氧化去除甲苯的方法 |
| CN107398266A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-28 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种负载过渡金属的铈基催化剂及其制备方法和用途 |
| CN109052451A (zh) * | 2018-11-07 | 2018-12-21 | 国家纳米科学中心 | 一种二氧化铈纳米片及其制备方法和用途 |
| CN111774052A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-16 | 华中科技大学 | 高熔点稀有金属元素修饰氧化铈纳米棒及其制备与应用 |
-
2021
- 2021-10-11 CN CN202111183877.5A patent/CN113772710B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102050479A (zh) * | 2011-01-27 | 2011-05-11 | 山东交通学院 | 一种二氧化铈纳米棒及其制备方法 |
| CN103349980A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-16 | 天津大学 | 一种铈基催化剂及其制备方法和在氮氧化物选择性催化还原中的应用 |
| CN104676610A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-06-03 | 南京大学 | 一种催化氧化去除甲苯的方法 |
| CN107398266A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-28 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种负载过渡金属的铈基催化剂及其制备方法和用途 |
| CN109052451A (zh) * | 2018-11-07 | 2018-12-21 | 国家纳米科学中心 | 一种二氧化铈纳米片及其制备方法和用途 |
| CN111774052A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-16 | 华中科技大学 | 高熔点稀有金属元素修饰氧化铈纳米棒及其制备与应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 乔南利: "过渡元素掺杂CeO2催化剂对甲苯催化性能的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技I辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115124064A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-30 | 厦门稀土材料研究所 | 二氧化铈纳米材料及其制备方法和应用 |
| CN115124064B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-08-29 | 厦门稀土材料研究所 | 二氧化铈纳米材料及其制备方法和应用 |
| CN116078372A (zh) * | 2023-04-06 | 2023-05-09 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种用于合成环状碳酸酯的催化剂及其制备方法和用途 |
| CN116078372B (zh) * | 2023-04-06 | 2023-06-20 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种用于合成环状碳酸酯的催化剂及其制备方法和用途 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113772710B (zh) | 2023-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113772710B (zh) | 一种二氧化铈纳米线的制备方法及其应用 | |
| CN109772465B (zh) | 一种水溶性碳点改性钙钛矿型催化材料的制备方法 | |
| CN112973673B (zh) | 一种氧空位可调控锰铈氧化物材料及其制备方法和应用 | |
| CN112299469A (zh) | 一种二氧化铈及其制备方法和应用 | |
| CN109433190B (zh) | 负载铂纳米粒子的介孔氧化锆纳米管复合材料及其制备方法与在持续处理有机废气中的应用 | |
| CN107824172A (zh) | 一种表面富含缺陷位的纳米氧化铝载体的制备方法 | |
| CN108273488B (zh) | 一种纳米片状二氧化铈/多孔炭复合材料的制备方法 | |
| CN111482172A (zh) | CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料及其应用 | |
| CN110170328B (zh) | 一种锰酸钴/n-掺杂石墨烯复合催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113680343B (zh) | 一种三维立方CeO2/Mn2O3复合光热催化剂制备方法及其应用 | |
| CN115212869A (zh) | 一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法 | |
| Zhang et al. | Efficient degradation of metronidazole wastewater over MIL-101 (Fe) Fenton catalysts | |
| CN111450823A (zh) | 一种降解NO的复合催化剂GQD/Bi2WO6及其制备方法 | |
| CN110302819B (zh) | 一种MOFs衍生的双金属磁性纳米多孔碳臭氧催化剂及应用 | |
| CN109621975B (zh) | 一种负载型臭氧催化氧化催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114433073B (zh) | 锰基催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107442098B (zh) | 一种采用可见光光解水制氢的钛酸锶催化剂及制备方法 | |
| CN114100604B (zh) | LaMnO3催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111013622B (zh) | Z型石墨化氮化碳/碳/硫掺杂的石墨化氮化碳复合材料及其制法 | |
| CN113600194A (zh) | 一种含不同价态钴的纳米光催化剂、制备方法及其应用 | |
| Zhang et al. | Research progress of modified and optimized AMn2O5 catalyst for efficient degradation of gaseous pollutants | |
| CN115382553B (zh) | 一种镧铁镍复合金属氧化物及其制备方法和应用 | |
| CN117244579B (zh) | 一种助催化剂修饰的薄层氮化碳材料的光热合成方法及应用 | |
| CN115193439B (zh) | 一种三维有序大孔La0.4Ce0.6FeO3光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN118788326A (zh) | 一种高性能改性铈钛基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |