专利名称：一种制备Zr<sub>0.30</sub>Ce<sub>0.45</sub>Al<sub>0.25</sub>O<sub>1.87</sub>固溶体纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明属于新材料领域，涉及一种制备ZrQ.3。Ce。.45Alo.250187固溶体纳米颗粒 的方法。
背景技术：
Zr02， 002和八1203是目前常用的氧化物陶瓷材料，为了提高材料的综合 性能，它们之间常常被复合成二元或三元复合材料。我们知道，Ce02-Zr02可以 形成无限固溶体，Zr02-Al203可形成有限固溶体，Ce02-Al203之间不能形成固溶 体。有关Ce02-Zr02-Al203固溶体的实验研究未见报道，但理论研究表明它们之 间不能形成固溶体，本发明发现采用共沉淀方法可以实现Ce02-Zr02-Al203之间
的固溶，制备出一种新型Zro.3oCeo.45A1。.250,.87固溶体纳米颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备Zro.3oCe。.45Al0.250,.87固溶体纳米颗粒的方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是
一种制备Zr。.3cCe。.45A1。.250,.87固溶体纳米颗粒的方法，采用共沉淀方法实现
Ce02-ZrOrAl203之间的固溶，制得Zro^CecusAlc^O^固溶体纳米颗粒。
进一步，通过共沉淀方法生成Zr02、 Ce02和Al203的前驱体，并通过工艺 保证这些前驱体在分子尺度范围内混合，在热处理过程中这些前驱体分解成 Zr02、 Ce02和A1203团簇，这些团簇之间混合均匀，形成Zi^oCecusAl^Ow
固溶体纳米颗粒。
所述的方法是以Ni(N03)2'6H20 、 A1(N03)3'9H20 、 ZrOCl2'8H20和 Ce(N03)3，6H20为原料进行制备的。
利用共沉淀方法，通过改变A1(N03)3'9H20、 ZrOCl2'8H20和Ce(N03)3'6H20 摩尔比，制备出不同摩尔比的Zr02-Ce02-Al203三元体系固溶体 Zri_x-yCeyAlxO(2-x/2) °
将A1(N03V9H20、 ZrOCl2'8H20和Ce(N03V6H20溶于去离子水中，配成 混合溶液；均匀搅拌后加入25% 28。％的氨水，调节pH值至8-10，反应一定时间(5min-30min)后，生成前驱体溶胶；溶胶陈化15-24h后，用去离子水洗 涤、抽滤，重复该过程直至滤液pH<7.5，再用无水乙醇洗涤、抽滤，以除去杂 质和防止前驱体在干燥和高温热处理过程中团聚；然后在75-9(TC烘干15-24h， 得到前驱体凝胶粉；将凝胶粉置于马弗炉中，在700-900"C焙烧2-5h，即可制备 出Zro.3oCea45Alo.250187固溶体纳米颗粒。
所使用的ZrOCl2,8H20和Ce(N03)3'6H20的摩尔比小于0.5， A1(N03)3'9H20 与ZrOCl2'8H20+Ce(N03)3'6H20的摩尔比在0 0.35之间。
图1是CeCVZr02-八1203粉体的衍射峰与Ce02-Zr02粉体的衍射峰对比图。 图2是本发明制备得到的Zra3。Cea45Alo.250u7固溶体的透射电子显微镜图。 图3是本发明制备得到的Zra3oCe。.45Alc250L87固溶体的高分辨透射电镜图。
具体实施例方式
以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。
1. 材料制备工艺
将3.68 g A1(N03)3.9H20 (0.0098 mol)、 3.48 g ZrOCl2.8H20 (0.0108 mol)和 7.12 g Ce(N03)y6H20 (0.0164 mol)溶于去离子水中，配成混合溶液；均匀搅拌 后加入25% 28%的氨水，调节pH值至8-10，反应一定(5min-30min)时间 后，生成前驱体溶胶；溶胶陈化15-24h后，用去离子水洗涤、抽滤，重复该过 程直至滤液pH〈7.5，再用无水乙醇洗涤、抽滤，以除去杂质和防止前驱体在干 燥和高温热处理过程中团聚；然后在75-9(TC烘干15-24h，得到前驱体凝胶粉； 将凝胶粉置于马弗炉中，在700-90(TC焙烧2-5h，即可制备出Zr^Ce^sAloaOw 固溶体纳米颗粒。采用以上工艺，通过调整Al(N03)3'9H20ZrOCl2'8H20(0.0108 mol)和Ce(N03)3.6H20摩尔比，可以制备出不同摩尔比的Zr02-Ce02-Al203三元 体系固溶体Zn.x-yCeyAlx0(2』)，所使用的ZrOCl2'8H20和Ce(N03)3'6H20的摩尔 比小于0.5， A1(N03)3'9H20与ZrOCl2'8H20+Ce(N03)3'6H20的摩尔比在0 0. 35 之间。
2. 固溶体形成过程
共沉淀反应
A1(N03)3 + 3NH3-H20 — Al(OH)3丄+ 3NH4N03 (1) Ce(N03)3 + 3NH3.H20 —Ce(OH)3| + 3NH4N03 (2)4Ce (OH) 3 + 02 + 2H20 — 4Ce (OH)U (3) ZrOCl2 + 2NH3.H20 + H20 — Zr(OH)4 + 2NH4C1 (4)
高温热处理后发生如下反应
Zr02 + Ce02 + AlA^L^ZrojCeo^Alo.^O^ + H2OT (5) 3.材料结构的表征
XRD测试使用日本理光/D/max2550VB3型X射线衍射仪，光源为Cu Ka 线(0.15406 nm)，测量角度为10°-90。；图1显示Ce02-Zr02-Al203粉体的衍射 峰与Ce02-Zr02粉体的衍射峰基本一致，表明(^02^『02^1203之间完全固溶，
形成面心立方的Zro.3QCeo.45A1().250，.87固溶体。
立方晶系的晶格常数a可按下式计算
a = ~^V//2+A2+/2 (6) 2sinP
式中/i、 L /为晶体的晶面指数，X为X射线的波长(人=0.15406 nm )， e为 衍射角。则Zra4Cea602固溶体和Zr,Ce。.45Ala250 1 87固溶体的晶格常数分别为 0.530 nm和0.531 nm，这与面心立方Zra4Cea602固溶体晶格常数的理论值0.5304 nm—致[PDF-381439](指该粉末的标准衍射文件)，进一步证明该固溶体具有 面心立方结构。
利用JEM-2100F场发射透射电镜分析催化剂样品中纳米颗粒的尺寸、形貌和 微结构。图2给出了 Zro.3oCeo.45Al。.2A.87固溶体的透射电子显微镜和高分辨透射 电镜图。由图2可知，样品中存在少量长方形纳米颗粒，绝大部分为球形纳米 颗粒。由图3可知，大部分颗粒的晶面间距为0.3064 nm,与Zro.4Ceo.602固溶体
(111)面的晶格常数0.3064 nm—致(PDF-381439)。椭圆形中的颗粒的晶面间 距为0.188 nm，与Zr。.4Cea602固溶体(220)面的晶格常数0.1877 nm非常接近
(PDF-381439)(指该粉末的标准衍射文件)。即在70(TC条件下获得了
Zro.3oCeo.45A1。.250,.87固溶体纳米颗粒。
上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和 应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些条例作出各种修改, 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必付出经过创造性地劳动。 因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明启示，对于本 发明作出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种制备Zr0.30Ce0.45Al0.25O1.87固溶体纳米颗粒的方法，其特征在于采用共沉淀方法实现CeO2-ZrO2-Al2O3之间的固溶，制得Zr0.30Ce0.45Al0.25O1.87固溶体纳米颗粒。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过共沉淀方法生成Zr02、 Ce02和八1203的前驱体，并通过工艺保证这些前驱体在分子尺度范围内混合，在 热处理过程中这些前驱体分解成Zr02、 Ce02和Ab03团簇，这些团簇之间混合均 匀，形成ZrcuoCetusAlo^O^固溶体纳米颗粒。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于是以Ni(N03)r6H20、 A1(N03)3'9H20、 ZrOCl2'8H20和Ce(N03)3'6H20为原料进行制备的。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于利用共沉淀方法，通过改变 A1(N03》9H20、 ZrOCl2'8H20和Ce(N03)3'6H20摩尔比，制备出不同摩尔比的 ZrOrCeOrAl203三元体系固溶体Zr^CeyAlxC^.x^
5、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于将A1(N03)3'9H20、 ZrOCb.8H20和Ce(N03)3'6H20溶于去离子水中，配成混 合溶液;均匀搅拌后加入25 % 28 %的氨水，调节pH值至8-10，反应一定5 min-30 min后，生成前驱体溶胶；溶胶陈化15-24h后，用去离子水洗涤、抽滤，重复该 过程直至滤液pH〈7.5,再用无水乙醇洗涤、抽滤，以除去杂质和防止前驱体在干 燥和高温热处理过程中团聚；然后在75-9(TC烘千15-24h，得到前驱体凝胶粉； 将凝胶粉置于马弗炉中，在700-90(TC焙烧2-5h，即可制备出Zr^cCe^A^sO^ 固溶体纳米颗粒。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所使用的ZrOCl2'8H20和Ce(N03)3'6H20的摩尔比小于0.5， A1(N03)3'9H20 与ZrOCl2'8H20+Ce(N03)3'6H20的摩尔比在0 0.35之间。
全文摘要
一种制备Zr<sub>0.30</sub>Ce<sub>0.45</sub>Al<sub>0.25</sub>O<sub>1.87</sub>固溶体纳米颗粒的方法，采用共沉淀方法实现CeO<sub>2</sub>-ZrO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>之间的固溶，制得Zr<sub>0.30</sub>Ce<sub>0.45</sub>Al<sub>0.25</sub>O<sub>1.87</sub>固溶体纳米颗粒。通过共沉淀方法生成ZrO<sub>2</sub>、CeO<sub>2</sub>和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的前驱体，并通过工艺保证这些前驱体在分子尺度范围内混合，在热处理过程中这些前驱体分解成ZrO<sub>2</sub>、CeO<sub>2</sub>和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>团簇，这些团簇之间混合均匀，形成Zr<sub>0.30</sub>Ce<sub>0.45</sub>Al<sub>0.25</sub>O<sub>1.87</sub>固溶体纳米颗粒。采用Ni(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O、Al(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·9H<sub>2</sub>O、ZrOCl<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O和Ce(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O为原料进行制备。通过X射线衍射(XRD)和高分辨电子显微镜(TEM)等分析方法可对其结构进行表征。
文档编号C04B35/50GK101429028SQ20081020356
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者卢振光, 康晓春, 杨修春, 韦亚南, 黄文旵 申请人:同济大学