一种纳米二氧化铈的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米二氧化铈的制备方法，以硝酸铈为原料、以草酸铵为沉淀剂，分别向其溶液中加入有机溶剂、表面活性剂和助表面活性剂，混合后在水热条件下生成沉淀，经煅烧后制备出纳米二氧化铈。本方法向反应溶液中加入溶剂、表面活性剂和助表面活性剂，利用互不相溶的有机相和水相在表面活性剂以及助表面活性剂的共同作用下，形成油包水的微小水池，营造出微反应器，使得溶解在水相中的反应物在水热条件下、纳米级的空间里反应生成沉淀，从而得到纳米级二氧化铈。该二氧化铈的直径20-120nm，长300nm-1μm。

权利要求

1.一种纳米二氧化铈的制备方法，具体制备步骤如下：

-1

A.将可溶性三价铈盐溶于去离子水中，配制浓度为0.05-0.3mol·L 铈盐溶液；将铈盐溶液和溶剂环己烷按体积比为1∶25-30的比例混合配制成混合溶液，再加入占上述混合溶液的质量百分比8-20％的表面活性剂、还加入占上述混合溶液的质量百分比5-10％的助表面活性剂，配成溶液I；

-1

B.将草酸铵溶于去离子水中，配成浓度为0.1-0.5mol·L 溶液；将草酸铵溶液和溶剂环己烷按体积比为1∶25-30的比例混合配制成混合溶液，再加入占上述混合溶液的质量百分比8-20％的表面活性剂、占上述混合溶液的质量百分比5-10％的助表面活性剂，配成溶液II；

所述表面活性剂为曲拉通-100、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、琥珀酸酯磺酸钠中的任意一种或两种；所述助表面活性剂是正己醇；

C.将溶液I和溶液II按照体积比为1∶1的比例混合，放入30-40℃的恒温水浴中，连续搅拌5-10分钟，将其移至高压反应釜中，在140-180℃温度下反应6-12小时，冷却至室温，得到沉淀，分离，洗涤，干燥，于400-550℃焙烧3-5小时，得到纳米二氧化铈；该CeO2的尺寸是：直径20-120nm，长300nm-1μm。

2.根据权利要求1所述的纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为曲拉通-100、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种。

说明书

一种纳米二氧化铈的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及氧化铈的制备方法，具体涉及一种纳米二氧化铈的制备方法。

背景技术

[0002] 氧化铈的应用非常广泛，作为三效催化剂，能与钯、金等贵金属共同作用处理汽车尾气，并作为汽车尾气中氧气的传感器，还被工业用作抛光粉、荧光粉、电子陶瓷材料以及紫外光吸附剂。

[0003] 纳米氧化铈在光学、电学、磁学以及催化方面以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注，应用各种方法制备出不同形貌、不同用途的纳米二氧化铈是当前的研究热点之一。

[0004] 专利CN101264922利用三价铈的硝酸盐放在有表面活性剂和沉淀剂存在的有机/无机溶剂中，加热回流法，得到产物煅烧后，最终制得CeO2菱形纳米片状微晶材料。但其制备工序繁琐、生成成本高、反应条件苛刻。

[0005] 文献Riccardi C.S.，Lima R.C.Santos M.L，Bueno P.R.，Varela J.A.，Longo E.SolidState Ionics，2009，180(2)：288-291中，是利用微波在水热条件下制备六方片状的二氧化铈及其前驱体。

[0006] 专利CN1840480利用在水、有机溶剂或混合溶剂存在情况下水热处理可溶性铈盐的尿素溶液，得到大比表面积氧化铈纳米粒子、纳米棒等形貌材料。然而，其制备出来的纳米棒的分布宽(直径为20-100纳米，长度为100纳米-3微米)，均一性差。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种纳米二氧化铈的制备方法。采用该方法制备的产品均一性好，制备周期短，制备工艺简单易行。

[0008] 本发明以硝酸铈为原料、以草酸铵为沉淀剂，分别向其溶液中加入有机溶剂、表面活性剂和助表面活性剂，混合后在水热条件下生成沉淀，经煅烧后制备出纳米二氧化铈。

[0009] 具体制备步骤如下：

[0010] A.将可溶性三价铈盐溶于去离子水中，配制浓度为0.05-0.3mol·L-1铈盐溶液；将铈盐溶液和溶剂环己烷按体积比为1∶25-30的比例混合配制成混合溶液，再加入占上述混合溶液的质量百分比8-20％的表面活性剂、占上述混合溶液的质量百分比5-10％的助表面活性剂，配成浴液I；

[0011] B.将草酸铵溶于去离子水中，配成浓度为0.1-0.5mol·L-1溶液；将草酸铵溶液和溶剂环己烷按体积比为1∶25-30的比例混合配制成混合溶液，再加入占上述混合溶液的质量百分比8-20％的表面活性剂、占上述混合溶液的质量百分比5-10％的助表面活性剂，配成溶液II

[0012] 所述表面活性剂为曲拉通-100(简称Tx-100)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、琥珀酸酯磺酸钠(AOT)中的任意一种或两种；较好的是曲拉通-100、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种。

[0013] 所述助表面活性剂是正己醇。

[0014] C.将溶液I和溶液II按照体积比为1∶1的比例混合，放入30-40℃的恒温水浴中，连续搅拌5-10分钟，将其移至高压反应釜中，在140-180℃温度下反应6-12小时，冷却至室温，得到沉淀，分离，洗涤，干燥，于400-550℃焙烧3-5小时，得到纳米二氧化铈；该CeO2的尺寸是：直径20-120nm，长300nm-1μm。

[0015] 本发明在溶液I和溶液II中加入溶剂、表面活性剂和助表面活性剂，利用互不相溶的有机相和水相在表面活性剂以及助表面活性剂的共同作用下，形成油包水的微小水池，营造出微反应器，使得溶解在水相中的反应物在水热条件下、纳米级的空间里反应生成沉淀，从而得到纳米级二氧化铈。

[0016] 其中有机溶剂环己烷在密闭的反应釜中水热条件下，产生的压力相比水更大，有利于纳米粒子的形成；表面活性剂充分发挥了分散剂的作用，阻碍了纳米材料的团聚。

[0017] 产品的表征结果见图1-5，

[0018] 图1是实施例1样品X-射线衍射(XRD)图，由测定结果看，本发明制得的样品特征衍射峰均为CeO2纳米晶。

[0019] 图2是实施例1样品扫描电镜(SEM)图，由图2可见纳米二氧化铈的形貌为直径80-100nm，长度为300-500nm。

[0020] 图3是实施例2样品扫描电镜(SEM)，由图3可见纳米二氧化铈的形貌为直径50-100nm，长800nm-1μm。

[0021] 图4是实施例3样品扫描电镜(SEM)，由图4可见纳米二氧化铈的形貌为直径20-120nm，长300-800nm。

[0022] 图5是实施例1样品的选区电子衍射图来看，由图5可见是多个同心圆，说明样品为CeO2纳米晶。

[0023] 本发明的有益效果是：本发明在反应溶液中加入溶剂、表面活性剂和助表面活性剂，使得溶解在水相中的反应物在水热条件下、纳米级的空间里反应生成沉淀，从而得到纳米级二氧化铈。该制备工艺简单易行，制备周期短，制得的纳米二氧化铈均一性好。

附图说明

[0024] 为了进一步了解本发明，下面以实施例作详细说明，并绘出了附图描述本发明得到CeO2纳米棒的特征的表征，其中：

[0025] 图1为CeO2实施例1纳米棒样品的X射线粉末衍射图；

[0026] 图2为CeO2实施例1纳米棒样品的扫描电镜(SEM)照片；

[0027] 图3为CeO2实施例2纳米棒样品的扫描电镜(SEM)照片；

[0028] 图4为CeO2实施例3纳米棒样品的扫描电镜(SEM)照片；

[0029] 图5为CeO2实施例1纳米棒样品的选区电子衍射照片。

具体实施方式

[0030] 实施例1：

[0031] A.用硝酸铈配制0.2mol·L-1硝酸铈水溶液1ml，依次加入4ml表面活性剂曲拉通-100、2ml助表面活性剂正己醇溶液以及30ml环己烷，搅拌均匀；

[0032] B.用草酸铵配制成0.3mol·L-1草酸铵水溶液1ml，依次加入4ml表面活性剂曲拉通-100、2ml助表面活性剂正己醇溶液以及30ml环己烷，搅拌均匀；

[0033] C.再将以上两种溶液混合，搅拌10分钟，转移到高压反应釜中。在160℃反应6h，自然冷却。经乙醇、去离子水洗涤，干燥，在500℃下煅烧3h得到产品。

[0034] 产品经X射线粉末衍射(图1)鉴定为氧化铈，通过SEM电镜图(图2)观察产品形貌，其截面尺寸为80-100nm，长度为300-500nm的纳米棒。

[0035] 实施例2：

[0036] 将实施例1中步骤A和B中的表面活性剂改为十二烷基硫酸钠，加入量为1.9g，其余同实施例1。得到的产品扫描电镜照片见图3，其截面尺寸为50-100nm，长800nm-1μm。

[0037] 实施例3：

[0038] 将实施例1中步骤A和B中的表面活性剂改为十六烷基三甲基溴化铵，加入量为2.5g，其余同实施例1。得到的产品扫描电镜照片见图4，其截面尺寸为20-120nm，长300-800nm。

[0039] 实施例4：

[0040] 将实施例1步骤C中的在高压反应釜中反应条件改为140℃反应6小时，其余条件同实施例1。得到的产品从扫描电镜照片可见，其截面尺寸为80-100nm，长800nm-1μm。

[0041] 实施例5：

[0042] 将实施例1步骤C中的在高压反应釜中反应条件改为160℃反应12小时，其余条件同实施例1。得到的产品从扫描电镜照片可见，其截面尺寸为50-100nm，长300-500nm。

[0043] 实施例6：

[0044] 将实施例1中步骤A中的硝酸铈配制浓度改为0.05mol·L-1，步骤C中的在高压反应釜中反应条件改为150℃反应6小时，其余条件同实施例1。得到的产品从扫描电镜照片可见，其截面尺寸为80-100nm，长300-500nm。