多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鋪八面體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ce02是一種重要的稀土氧化物功能材料，屬于典型的立方螢石結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性強，具有較好的機械強度、優(yōu)良的氧離子傳輸性能，在發(fā)光材料、燃料電池、中溫固體燃料氧化物電池、拋光材料、催化材料等諸多領(lǐng)域有著廣泛應用。納米尺度下Ce02相對于體相材料，電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，比表面積增大，往往表現(xiàn)出一些新的物理性質(zhì)(如晶格擴散、晶格界石躍迀、紫外吸收峰藍移)和更高的化學活性。近年來，發(fā)展了多種制備納米Ce02的方法，包括沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水(溶劑)熱法、微波法。一系列不同形貌、單分散的納米Ce02被成功合成，例如納米立方、八面體、納米棒、納米線、納米管、納米片等。但從未來的發(fā)展要求來看，顆粒和形貌可控的Ce02納米材料綠色合成方法仍然是當前研究的熱點，因為構(gòu)筑新型的Ce02納米結(jié)構(gòu)將有效提升其應用價值。
[0003]納米材料的性能，除了取決于材料的化學組成、結(jié)晶學結(jié)構(gòu)外，還與納米晶體的大小、形狀、表面結(jié)構(gòu)以及生長方向、聚集狀態(tài)等相關(guān)。由基本納米單元自組裝而成的多級納米結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)復雜、形貌特殊往往表現(xiàn)出新穎的光、電、磁學性質(zhì)和高表面活性，多級納米結(jié)構(gòu)材料不僅會承繼基本納米單元的特性，還可能具有基本納米單元組合產(chǎn)生的親合效應、協(xié)同效應等，因此，多級納米結(jié)構(gòu)的生長是當前研究的熱門領(lǐng)域之一。
[0004]關(guān)于多級結(jié)構(gòu)氧化鈰八面體已見報道的包括:中國發(fā)明專利CN104445340A以硝酸鈰為原料，十六烷基三甲基溴化銨為結(jié)構(gòu)導向劑，水和乙醇為混合溶劑，150°C水熱反應22?24h制備了由納米塊自組裝的微米級八面體氧化鈰;Han等以六水硝酸鈰為原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為結(jié)構(gòu)導向劑，水和乙醇為混合溶劑，200°C水熱反應12h得到了由納米片自組裝的八面體氧化鋪(Cryst.Eng.Comm., 2012, 14, 1939-1941)。但上述制備方法使用有機溶劑，而且合成的多級結(jié)構(gòu)氧化鈰八面體尺寸為微米級和亞微米級，顆粒大小不可調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足提供了一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的制備方法。
本發(fā)明所述制備方法步驟如下:
1).將Ce(N03)3.6H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于水形成均勻混合溶液，其中Ce3+摩爾濃度為0.05?0.511101/1^6(從)3)3.6!120與聚乙烯吡咯烷酮(？￥?)質(zhì)量比為1:0.25~1;
2).攪拌條件下用堿調(diào)節(jié)上述混合溶液pH值至4.5?6.5;
3).將溶液轉(zhuǎn)移至反應釜內(nèi)，在160?220°C溫度下反應6?24h;
4).反應完畢對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，即得多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體。
[0006]其中，步驟1).中所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)平均分子量為10000?1300000，步驟
2).中所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中任一種。
[0007]本發(fā)明的有益效果:與已有方法相比，本發(fā)明所提供的方法可以在水溶液中完成，方法簡單，原料成本低。而且，組裝體的尺寸可以通過合成反應溶液pH的控制來調(diào)控。確定了不同尺寸多級結(jié)構(gòu)八面體氧化鈰的合成條件。將制備的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體在300?600°C灼燒1?5h，用作C0氧化反應催化劑，空速36000mL.g—1.h—1，混合氣組成:1%C0，21% 02,78% N2，催化效果良好。
【附圖說明】
[0008]圖1實施例1合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的SEM照片；
圖2實施例1合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的TEM照片；
圖3實施例1合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的X射線衍射譜圖；
圖4實施例2合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的SEM照片；
圖5實施例4合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的SEM照片；
圖6實施例1合成的多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的C0催化氧化性能。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
稱取2.17806(勵3)3_6!120和1.118聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量30000)溶于301111水，攪拌下向上述溶液中逐滴加入0.lmol/L氫氧化鈉溶液至體系pH=5.0，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至50ml反應釜中，在180°C反應24h。反應完畢，對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，得到多級結(jié)構(gòu)納米氧化鋪八面體，SEM表征顯示顆粒尺寸為?80nm。將產(chǎn)品在450°C灼燒4h，用作C0氧化反應催化劑，起活溫度為240°C，完全轉(zhuǎn)化溫度為400°C。
[0010]實施例2
稱取3.25gCe(N03)3 _ 6H20和2.95g聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量10000)溶于30ml水，攪拌下向上述溶液中逐滴加入0.lmol/L氫氧化鉀溶液至體系pH=4.5，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至50ml反應釜中，在220°C反應12h。反應完畢，對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，得到多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體，SEM表征顯示顆粒尺寸為?150nm。將產(chǎn)品在300°C灼燒5h，用作C0氧化反應催化劑，起活溫度為260°C，完全轉(zhuǎn)化溫度為440°C。
[0011]實施例3
稱取5.35gCe(N03)3 _ 6H20和2.67g聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量40000)溶于30ml水，攪拌下向上述溶液中逐滴加入0.lmol/L氫氧化鈉溶液至體系pH=6.0，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至50ml反應釜中，在180°C反應12h。反應完畢，對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，得到多級結(jié)構(gòu)納米氧化鋪八面體，SEM表征顯示顆粒尺寸為?60nm。將產(chǎn)品在400°C灼燒3h，用作C0氧化反應催化劑，起活溫度為220°C，完全轉(zhuǎn)化溫度為380°C。
[0012]實施例4
稱取1.77g Ce(N03)3_6H20和0.71g聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量58000)溶于30ml水中，攪拌下向上述溶液中逐滴加入0.lmol/L氫氧化鈉溶液至體系pH=6.5，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至50ml反應釜中，在160°C反應10h。反應完畢，對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，得到多級結(jié)構(gòu)納米氧化鋪八面體，SEM表征顯示顆粒尺寸為?50nm。將產(chǎn)品在600°C灼燒4h，用作C0氧化反應催化劑，起活溫度為220°C，完全轉(zhuǎn)化溫度為400°C。
[0013]實施例5
稱取0.75gCe(N03)3.6H20和0.56g聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量360000)溶于30ml水中，攪拌下向上述溶液中逐滴加入0.lmol/L氫氧化鉀溶液至體系pH=4.7，然后將該溶液轉(zhuǎn)移至50ml反應釜中，在200°C反應8h。反應完畢，對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，得到多晶納米氧化鈰八面體，SEM表征顯示顆粒尺寸為?120nm。將產(chǎn)品在400°C灼燒2h，用作C0氧化反應催化劑，起活溫度為240°C，完全轉(zhuǎn)化溫度為420°C。
【主權(quán)項】
1.一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鋪八面體的制備方法，其特征是: 1)將Ce(N03)36H20和聚乙烯吡咯烷酮即PVP溶于水形成均勻混合溶液，其中Ce3+摩爾濃度為0.05?0.5mol/L，Ce(N03)36H20與聚乙烯吡咯烷酮即PVP質(zhì)量比為1:0.25?1; 2)攪拌條件下用堿調(diào)節(jié)上述混合溶液pH值至4.5?6.5； 3)將溶液轉(zhuǎn)移至反應釜內(nèi)，在160?220°C溫度下反應6?24h； 4)反應完畢對固體產(chǎn)物進行離心分離，洗滌干燥，即得多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的制備方法，其特征是:步驟1)中所述的聚乙烯吡咯烷酮即PVP平均分子量為10000?1300000。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的制備方法，其特征是:步驟2)中所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中任一種。
【專利摘要】一種多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體的制備方法，具體步驟為：將一定量的Ce(NO3)36H2O和一定量的聚乙烯吡咯烷酮溶于水形成均勻混合溶液，其中Ce3+摩爾濃度為0.05~0.5mol/L，Ce(NO3)36H2O與聚乙烯吡咯烷酮質(zhì)量比為1:0.25~1；攪拌條件下用堿調(diào)節(jié)溶液pH值至4.5~6.5；將溶液轉(zhuǎn)移至反應釜內(nèi)，在160~220℃溫度下水熱反應6~24h，反應完畢離心分離，洗滌，干燥即可得到多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體。該多級結(jié)構(gòu)納米氧化鈰八面體可進一步用于制備具有特殊形貌和顆粒大小的材料，包括催化材料、光學材料等。
【IPC分類】C01F17/00, B82Y40/00
【公開號】CN105480999
【申請?zhí)枴緾N201510966082
【發(fā)明人】李靜, 常民民, 孫明艷, 王愛琴, 湯光平, 李曉媛, 李永繡, 周新木
【申請人】南昌大學, 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月22日