专利名称：一种具有核壳结构的纳米氧化铈及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有核壳结构的纳米氧化铈的制备方法，属于稀土化合物的 制备技术领域。
背景技术：
稀土元素独特的f电子构型，使得稀土氧化物具有一些优良的性能。作为稀 土氧化物典型代表的氧化铈，由于具有独特的变价和储氧功能，在汽车尾气处理，固体燃料电池，发光材料、紫外吸收材料，陶瓷材料、抛光粉等方面有着广泛的 应用。纳米氧化铈由于具有大的比表面积，较小的纳米尺寸效应，高的表面活性 等特殊性质，成为目前氧化铈合成和应用的热点之一。人们研究了不同方法如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等方法合成了不同形 貌的氧化铈纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米球状以及花瓣状等等。但这些合 成方法存在试剂成本较高、合成工艺复杂、合成的氧化铈比表面积小等不足，有 关具有核壳结构的纳米氧化铈的制备方法目前还未见报道。发明内容本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的纳米氧化铈.本发明的另一个目的在于提供一种简单易行，成本低廉的具有核壳结构的纳 米氧化铈的制备方法。一种具有核壳结构的纳米氧化铈，具有球形核壳结构，其比表面积为70 120m2/g，颗粒平均直径为400 1000nm，核的平均直径200 700nm。制备方法是，通过混合有机溶剂使铈盐溶解，再经过溶剂加热使纳米氧化铈
熟化，由于纳米氧化铈在不同溶剂中的熟化速度不同，从而形成具有核壳结构的 纳米氧化铈。通过下述技术方案实现试剂A、试剂B和试剂C按1:(1 20):(0.3 10)的质量比溶于水中，制成混合溶液，再加入可溶性铈的复合铵盐溶解在该混合溶液中，配成Ce"浓度为 0.02 0.2 mol/L的混合溶液，其中试剂A与可溶性铈的复合铵盐中铈元素的质 量比为1: (C).1 1);搅拌至无色后，将该混合溶液装入水热釜，在110°C 180 。C温度下水热3 72小时；取沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗涤数次，再 在80 。C 100 。C干燥12 24小时，350°C 500 。C焙烧2 5小时，即得 到具有核壳结构的纳米氧化铈。试剂A为含多羟基结构化合物，选自丙三醇、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、山 梨糖、甘露糖、季戊四醇等含多羟基结构化合物中的一种。试剂B为低级醇，选自为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇中的一种。 试剂C为乙醚、苯、甲苯、环己烷、正己垸等中的一种。 可溶性铈的复合铵盐为硝酸铈铵或硫酸铈铵，优选为硝酸铈铵。本发明的具有核壳结构纳米氧化铈，由于是核壳球状，因此具有较大的比表 面积，其比表面积为70 120 m2/g，大大高于商品氧化铈粉末。在纳米器件、 催化、抛光等领域有着潜在的应用前景。本发明的制备方法中，所使用的化学试剂均为常用试剂，廉价易得，制备工 艺简单，操作方便，结构易控。并且本发明提出的制备核壳结构的纳米氧化铈方 法，是通过混合有机溶剂使铈盐溶解，再经过溶剂热使纳米氧化铈熟化，由于纳 米氧化铈在不同溶剂中的熟化速度不同，而形成具有核壳结构的纳米氧化铈，因 此可以为制备其它类似结构的无机物提供借鉴。
图1为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的X射线衍射图谱。 图2为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的氮气吸脱附等温线，内 插图为BJH孔径分布图。图3为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的扫描电镜照片。
图4为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、10mL乙醚、1.5 mL水和20 mL乙醇 制成混合溶液，再将2mmo1的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移 到50 mL的水热釜中，在160 °C水热24 h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，在80。C烘干24h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时，得 到具有核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为105.5 cm2/g。其X射线衍射图谱 如图1，氮气吸脱附等温线和BJH孔径分布图如图2，扫描电镜照片和透视电镜 照片如图3和图4。实施例2在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、4mL环己烷、1.5mL水和20mL乙 醇制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转 移到50 mL的水热釜中，在160 。C水热72 h，产物经抽滤，分别用去离子水和 无水乙醇洗涤三次后，在80。C烘干18h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时， 得到具有核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为98.3cm2/g。实施例3在搅拌的情况下，将1.08g葡萄糖、10mL乙醚、10 mL tK和20 mL乙醇 制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移 到50 mL的水热釜中，在160 °C水热48 h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，在80。C烘干18h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时，得 到具有核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为72.7cm2/g。实施例4在搅拌的情况下，将1.08g麦芽糖、10mL乙醚、10 mL tK和20 mL乙醇 制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移
到50 mL的水热釜中，在140 °C水热24 h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，在100。C烘干18h，再在400。C马弗炉中焙烧4小时，得 到核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为77.2 cm2/g。实施例5在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、5mL甲苯、3 mL水禾H 20 mL乙醇制 成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移到 50 mL的水热釜中，在180 。C水热6 h,产物经抽滤，分别用去离子水和无水 乙醇洗涤三次后，在80GC烘干24h，再在400 °0马弗炉中焙烧4小时，得到 核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为119.1 cm2/g。实施例6在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、10mL乙醚、1.5 mL水和20 mL甲醇 制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移 到50mL的水热釜中，在160。C水热12h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，在80。C烘干，再在400。C马弗炉中焙烧4小时，得到核 壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为99.8cm2/g。实施例7在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、10mL乙醚、1.5 mL水和20 mL正丙 醇制成混合溶液，再将1 mmol的硫酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转 移到50mL的水热釜中，160。C水热24h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，80 。C烘干24h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时，得到 具有核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为83.5 cm2/g。实施例8在搅拌的情况下，将1.08 g乳糖、4 mL苯、10 mL水和20 mL乙醇制成 混合溶液，再将2mmo1的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移到50 mL的水热釜中，在140。C水热24h，产物经抽滤，分别用去离子水和无水乙 醇洗涤三次后，在80。C烘干24h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时，得到核 壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为73.6 cm2/g。实施例9:在搅拌的情况下，将1.08 g山梨糖、5 mL正己垸、10 mL水和20 mL乙 醇制成混合溶液，再将1mmo1的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转 移到50 mL的水热釜中，在140 °C水热24 h，产物经抽滤，分别用去离子水和 无水乙醇洗涤三次后，在80 °C烘干24h，再在400 °C马弗炉中焙烧4小时， 得到核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为81.9 cm2/g。实施例10:在搅拌的情况下，将1.08g甘露糖、10mL乙醚、10mL水和20mL乙醇 制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移 到50 mL的水热釜中，在140 °C水热24 h，产物经抽滤，分别用去离子水和无 水乙醇洗涤三次后，在80。C烘干24h，再在400 。C马弗炉中焙烧4小时，得 到核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为70.6cm2/g。
权利要求
1、一种具有核壳结构的纳米氧化铈，其特征在于，颗粒平均直径为400～1000nm，核的平均直径200～700nm。
2. 权利要求1所说的一种具有核壳结构的纳米氧化铈，其特征在于，比表面 积为70 120 m2/g。
3. —种具有核壳结构的纳米氧化铈制备方法，其特征在于包括如下步骤将试剂A、试剂B和试剂C按1:(1 20):(0.3 10)的质量比与水混合配成溶液， 再加入可溶性铈的复合铵盐，其中试剂A与可溶性铈的复合铵盐中铈元素的质 量比为1: (0.1 1)，得到的混合溶液中铈离子的浓度为0.02 0.2 mol/L;搅拌至无色后，将该混合溶液装入水热釜，在110°(: 180°(:温度下水热3 72小时；取沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗涤数次，再在80。C 100。C干燥 12 24小时，350。C 500CC焙烧2 5小时，即得到核壳结构的纳米氧化铈；其中，试剂A为丙三醇、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、山梨糖、甘露糖或季戊 四醇中的一种；试剂B选自乙醇、甲醇、丙醇或异丙醇中的一种； 试剂C选自乙醚、苯、甲苯、环己烷或正己烷中的一种。
4. 按照权利要求3所述的具有核壳结构的纳米氧化铈制备方法，其特征在于， 所述的可溶性铈的复合铵盐为硝酸铈铵、硫酸铈铵中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种具有核壳结构的纳米氧化铈及其制备方法，属于稀土氧化物的制备技术领域。本发明的纳米氧化铈为球形核壳结构，颗粒的大小为400～1000nm，核的大小为200～700nm，比表面积为70～120m<sup>2</sup>/g。本发明利用可溶性铈的复合铵盐为前驱体，加入混合溶剂，再通过溶剂加热使氧化铈熟化，形成具有核壳结构的纳米氧化铈。本发明成本低，工艺简单，条件易控，同时为其它类似无机氧化物的合成提供了共性技术，其所得产品在纳米器件、催化、抛光等领域有着潜在的应用前景。
文档编号C01F17/00GK101164889SQ20071004657
公开日2008年4月23日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者昉 张, 辉 李, 李和兴, 宏 林, 斌 陆 申请人:上海师范大学