一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，包括：將Ce(NO3)3·6H2O、PVP溶于去離子水中，NaOH溶于去離子水中，混合，得到混合溶液，在室溫下反應(yīng)20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200℃保溫12-32h，得到納米二氧化鈰種子；將納米二氧化鈰種子分散在去離子水中，加入Ce(NO3)3·6H2O、PVP，在室溫下攪拌20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200℃保溫12-32h，冷卻離心，洗滌，干燥，即得。本發(fā)明具有簡單方便，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)、成本低的特點；本發(fā)明只改變種子的加入量就可以控制CeO2顆粒的尺寸，這對于合成不同尺寸的CeO2納米顆粒具有十分重大的意義。
【專利說明】一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于納米二氧化鈰的制備領(lǐng)域，特別涉及一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米CeO2作為一種典型的輕稀土氧化物，其應(yīng)用開發(fā)前景十分廣闊。由于它有優(yōu)越的儲放氧功能及高溫快速氧空位擴散能力，已成為一種性能優(yōu)異的新型功能材料，可廣泛用于催化劑，紫外吸收劑、燃料電池、拋光粉及發(fā)光材料。納米CeO2的性能與其結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸和尺寸分布以及材料本身所處的化學物理環(huán)境密切相關(guān)，這些性質(zhì)可以通過采用不同的合成方法來調(diào)控。因而，研究納米CeO2的可控制備技術(shù)、探索不同反應(yīng)條件下納米CeO2的成核和生長機制具有重要意義。
[0003]目前常用的制備納米CeO2材料的方法主要有水熱法和溶劑熱法等。在水熱法中，一般通過改變反應(yīng)物濃度來得到不同尺寸的二氧化鈰，但這種方法需要大量的原料來實現(xiàn)，不利于大量生產(chǎn)。Ming Lin等人【Hydrothermal Synthesis ofCe02Nanocrystals: Ostwald Ripening or Oriented Attachment?】改變 NaOH (lmmol—IOmmol)的量，使得CeO2的粒徑從7.25nm改變到13.38nm。在溶劑熱法中，一般是通過加入不同量的表面活性劑或者是不同的溶劑來得到不同粒徑的Ce02。在這種方法中，需要大量的表面活性劑或者不同的有機溶劑，而且表面活性劑很難從納米顆粒的表面除去，使得該方法不利于大量生產(chǎn)或產(chǎn)物的最終性能得到改變。Hua Gu等人【Preparation andCharacterization of Monodisperse Cerium Oxide Nanoparticles in HydrocarbonSolvents】利用不同的有機溶劑得到不同粒徑的產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，本發(fā)明方法簡單方便，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)、成本低的特點；該方法在不改變其它實驗條件下，只改變種子的加入量就可以控制二氧化鈰顆粒的尺寸，這對于合成不同尺寸的納米二氧化鈰顆粒具有十分重大的意義。
[0005]本發(fā)明的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，包括:
[0006](I)將六水合硝酸鈰Ce (NO3) 3.6H20、聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去離子水中，NaOH溶于去離子水中，混合，得到混合溶液，在室溫下反應(yīng)20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200°C保溫12-32h，冷卻，離心，洗滌，干燥，得到納米二氧化鈰種子；其中六水合硝酸亞鈰 Ce (NO3) 3.6H20、聚乙烯吡咯烷酮 PVP, NaOH 的質(zhì)量比為 0.4-0.8:0.9:0.04-0.08 ；
[0007](2)將納米二氧化鈰種子分散在去離子水中，加入Ce (NO3)3.6H20、PVP，在室溫下攪拌20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200°C保溫12_32h，冷卻離心，洗滌，干燥，即得納米二氧化鈰，其中納米二氧化鈰種子加入量為反應(yīng)物Ce (NO3) 3.6Η20摩爾總量的0.5%-10% ；六水合硝酸亞鈰Ce(NO3)3.6Η20、聚乙烯吡咯烷酮PVP的質(zhì)量比為1.3-2.6:1.11。[0008]所述步驟(1)中混合溶液中硝酸鈰的濃度為0.03-0.06M，氫氧化鈉濃度為
0.03-0.06M。
[0009]所述步驟(1)中為180°C反應(yīng)24h。
[0010]所述步驟(2)中聚乙烯吡咯酮PVP分子量為lllg/mol。
[0011]所述步驟(2)中混合溶液中硝酸鈰的濃度為0.125M。
[0012]所述步驟(2)中攪拌為室溫條件下攪拌20_30min。
[0013]所述步驟(1)、(2)中的反應(yīng)釜為100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜。
[0014]所述步驟(2)中為180°C保溫24h。
[0015]所述步驟(1)、(2)中離心,洗漆為在8000-10000rmp下離心5_10min,得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌3-5次；干燥溫度為40-50°C，干燥時間為12-18h。
[0016]本發(fā)明運用種子法制備尺寸可控的納米二氧化鈰，本發(fā)明將不同量的小顆粒種子加入到制備大顆粒的溶液中得到不同粒徑的產(chǎn)物。這種方法簡單方便，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)，更重要的是既沒改變反應(yīng)條件及反應(yīng)物濃度也沒引入其它物質(zhì)到反應(yīng)體系中，這對于合成不同尺寸的CeO2具有十分重大的意義。
[0017]有益.效果
[0018](I)本發(fā)明具有簡單方便，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)、成本低的特點；
[0019](2)本發(fā)明方法在不改變其它實驗條件下，只改變種子的加入量就可以控制二氧化鈰顆粒的尺寸，這對于合成不同尺寸的納米二氧化鈰顆粒具有十分重大的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是實施例2的工藝流程圖；
[0021]圖2是實施例1所得產(chǎn)物的透射電鏡圖；
[0022]圖3是對比實施例所得產(chǎn)物的透射電鏡圖；
[0023]圖4是實施例2所得產(chǎn)物的透射電鏡圖；
[0024]圖5是實施例3所得產(chǎn)物的透射電鏡圖；
[0025]圖6是實施例4所得產(chǎn)物的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0027]實施例1
[0028]1、稱取 0.4342g Ce (NO3) 3.6H20(Immol)和 0.9g PVP 溶于 25ml 的去離子水中，稱取0.04g NaOH (Immol)溶于5ml去離子水中。
[0029]2、將步驟I制備的兩種溶液混合，在室溫下反應(yīng)30min。
[0030]3、將步驟2制備的混合液轉(zhuǎn)入100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜中，在180°C保溫24h，待水熱釜冷卻至室溫，離心分離得到沉淀，去離子水洗滌三次，于烘箱內(nèi)50°C 干燥 12h。[0031]實施例1的TEM圖見圖2，產(chǎn)物的平均粒徑12.5nm。
[0032]實施例2
[0033]1、稱取0.0043g(0.5%)實施案例I制備的納米二氧化鈰種子，加入5ml去離子水，超聲10min,保存?zhèn)溆谩?br> [0034]2、稱取 2.171 1g Ce (NO3) 3.6H20(5mmol)和 1.1lg PVP 加入到步驟 1 中種子液中，然后加入35ml去離子水,室溫下攪拌30min。
[0035]3、將步驟2制備的混合液轉(zhuǎn)入100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜中，在180°C保溫24h，待水熱釜冷卻至室溫，離心分離得到沉淀，去離子水洗滌三次，于烘箱內(nèi)50°C 干燥 12h。
[0036]實施例2的TEM圖見圖4，產(chǎn)物的平均粒徑323.4nm。
[0037]實施例3
[0038]1、稱取0.0214g(2.5%)實施案例I制備的納米二氧化鈰種子，加入5ml去離子水，超聲IOmin,保存?zhèn)溆谩?br> [0039]2、稱取 2.171 1g Ce (NO3) 3.6H20(5mmol)和 1.1lg PVP 加入到步驟 I 中種子液中，然后加入35ml去離子水,室溫下攪拌30min。
[0040]3、將步驟2制備的混合液轉(zhuǎn)入100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜中，在180°C保溫24h，待水熱釜冷卻至室溫，離心分離得到沉淀，去離子水洗滌三次，于烘箱內(nèi)50°C 干燥 12h。
[0041]實施例3的TEM圖見圖5，產(chǎn)物的平均粒徑189.9nm。
[0042]實施例4
[0043]1、稱取0.0861g (10%)實施案例I制備的納米二氧化鈰種子，加入5ml去離子水，超聲IOmin,保存?zhèn)溆谩?br> [0044]2、稱取 2.171 1g Ce (NO3) 3.6H20(5mmol)和 1.1lg PVP 加入到步驟 I 中種子液中，然后加入35ml去離子水,室溫下攪拌30min。
[0045]3、將步驟2制備的混合液轉(zhuǎn)入100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜中，在180°C保溫24h，待水熱釜冷卻至室溫，離心分離得到沉淀，去離子水洗滌三次，于烘箱內(nèi)50°C 干燥 12h。
[0046]實施例4的TEM圖見圖6，產(chǎn)物的平均粒徑117.7nm。
[0047]對比實施例
[0048]1、稱取 2.171 1g Ce (NO3) 3.6H20(5mmol)和 1.1lg PVP 溶于 40ml 的去離子水中，室溫下攪拌30min。
[0049]2、將步驟1制備的混合液轉(zhuǎn)入100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜中，在180°C保溫24h，待水熱釜冷卻至室溫，離心分離得到沉淀，去離子水洗滌三次，于烘箱內(nèi)50°C 干燥 12h。
[0050]對比實施例的TEM圖見圖3，產(chǎn)物的平均粒徑648nm。
【權(quán)利要求】
1.一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，包括: (1)將六水合硝酸鈰Ce(NO3)3.6H20、聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去離子水中，NaOH溶于去離子水中，混合，得到混合溶液，在室溫下反應(yīng)20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200°C保溫12-32h，冷卻，離心，洗滌，干燥，得到納米二氧化鈰種子；其中六水合硝酸亞鈰Ce (NO3) 3.6H20、聚乙烯吡咯烷酮 PVP, NaOH 的質(zhì)量比為 0.4-0.8:0.9:0.04-0.08 ； (2)將納米二氧化鈰種子分散在去離子水中，加入Ce(NO3)3.6H20、PVP，在室溫下攪拌20-30min，然后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，150-200°C保溫12_32h，冷卻離心，洗滌，干燥，即得納米二氧化鈰，其中納米二氧化鈰種子加入量為反應(yīng)物Ce (NO3)3.6Η20摩爾總量的0.5%-10% ;六水合硝酸亞鈰Ce(NO3)3.6Η20、聚乙烯吡咯烷酮PVP的質(zhì)量比為1.3-2.6:1.11。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中混合溶液中硝酸鈰的濃度為0.03-0.06M，氫氧化鈉濃度為0.03-0.06M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中為180°C反應(yīng)24h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中聚乙烯吡咯酮PVP分子量為lllg/mol。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中混合溶液中硝酸鈰的濃度為0.125M。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中攪拌為室溫條件下攪拌20-30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)、(2)中的反應(yīng)釜為100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓水熱釜。`
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中為180°C保溫24h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尺寸可控的納米二氧化鈰的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)、(2)中離心,洗漆為在8000-10000rmp下離心5_10min,得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌3-5次；干燥溫度為40-50°C，干燥時間為12-18h。
【文檔編號】B82Y30/00GK103708528SQ201410003862
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】周興平, 鄭學雙 申請人:東華大學