专利名称：一种制备水溶性二氧化铈纳米晶的方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料研究领域，具体说涉及水溶性Ce02纳米晶的制备方法。
背景技术：
纳米Ce02粒子具有广泛的应用，例如，可用于汽车尾气三元净化催化剂，具有活性髙、 价格低、寿命长等优点，并代替了大部分贵金属，每年用量数千吨。纳米Ce02可用于电子陶 瓷和固体电解质。纳米Ce02粒子可以修饰在金电极上，它是细胞色素C电化学反应的良好促 进剂。纳米Ce02粉末对紫外线的吸收极强，可用于制备紫外吸收材料，如用于吸收荧光灯管 中的185nm短波紫外线，以提高灯管寿命，也用于防晒化妆品，防晒纤维，汽车玻璃等。塑 料制品在紫外线作用下容易老化变脆，在其表面涂上含有氧化钸纳米微粒涂层(它对阳光是透 明的)可防止塑料老化。坦克、汽车、舰船、贮油罐等表面上都需涂上树脂和橡胶类油漆，而 这些油漆由于受阳光紫外线的照射而极易老化变脆，将氧化铈纳米粉末加入其中制成的防紫 外线涂料，其抗老化性明显提高。Ce02对玻璃等有较好的抛光作用，纳米Ce02则有较高的 抛光精密度，己用于液晶显示、硅单晶片、玻璃存储等的精密抛光。纳米级Ce02可以提高PVC 建材的耐候性。总之，纳米Ce02的应用才刚刚开始，而且集中在高科技新材料领域，附加值 高，应用面广，潜力巨大，商业前景十分看好。
纳米Ce02粒子的制备方法很多，如沉淀法、溶胶一凝胶法、水热法、胶溶法、微乳液法、 室温固相法、微波加热法、水解法等。不同方法所制备的纳米Ce02粒子的大小、形貌、团聚 状态不同。纳米Ce02粒子可以进行表面修饰，以改变纳米Ce02粒子的性质。例如，将油酸、 十八胺和DBS等修饰在纳米Ce02粒子表面上，可以获得油溶性的纳米Ce02,能溶于有机溶剂 如苯、甲苯、二甲苯、氯仿等弱极性溶剂中。制备方法有胶溶法、微乳液法等。可以将油溶 性的纳米Ce02添加到汽油中，代替铅做为抗震剂。
水溶性的纳米Ce02粒子将比未修饰的纳米Ce02粒子具有更广泛的应用，如可以将其均 匀地掺入到水溶液中而不沉淀,.使纳米Ce02粒子可以均匀地分布在最终的产品中，具有多 种应用。本发明是采用溶液法制备水溶性Ce02纳米晶。目前未见有水溶性Ce02纳米晶制备 的相关报道。
发明内容
为了实现采用回流水解法制备水溶性Ce02纳米粒子，我们发明了一种水溶性Ce02纳米粒子的制备方法。
本发明是这样实现的，通过回流水解法制备出含有水溶性Ce02纳米粒子的2-吡咯烷酮 溶胶，然后向其中加入甲醇使水溶性Ce02纳米粒子沉淀出来，并用丙酮多次洗涤，制备产物 为水溶性Ce02纳米粒子，其步骤为
一、 分散于溶液中的水溶性Ce02纳米粒子的合成
将乙酰丙酮铈(Ce(acac)3.H20)加入到2-吡咯烷酮中，将混合物加热，乙酰丙酮铈溶解于 2-吡咯垸酮中，得到乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液，将该溶液回流，得到含有水溶性Ce02 纳米粒子的透明棕色溶胶。该溶液的组成及技术参数为乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液的浓 度为0.1~0.2 mol/L，乙酰丙酮铈在2-吡咯烷酮中溶解的温度为75~85°C，回流温度为 225~240°C，回流时间为60~120min。
二、 水溶性Ce02纳米粒子与溶液的分离
将含有水溶性Ce02纳米粒子的透明棕色溶液冷却至室温后，向该溶液中加入甲醇，有水 溶性Ce02纳米粒子沉淀析出，将沉淀离心分离，并用丙酮洗涤。甲醇用量为200~300ml， 丙酮用量为50~80ml。于N2流干燥或5"0。C干燥5 10h,得到浅黄色固体颗粒，此固体颗 粒即为水溶性Ce02纳米粒子。至此得到水溶性Ce02纳米粒子，粒子平均粒径约为5nm 10nm， 呈球形。实现了发明目的。
图1是水溶性Ce02纳米粒子的XRD谱图；图2是水溶性Ce02纳米粒子的TEM照片， 该图兼作为摘要附图；图3是氷溶性Ce02纳米粒子的ED照片；图4是水溶性Ce02纳米粒 子的水溶胶的紫外一可见吸收光谱。 具体实施方案
本发明所选用的乙酰丙酮铈、2-吡咯烷酮、甲醇和丙酮均为市售分析纯产品所用的玻 璃仪器和设备是实验室中常用的
实施例1:称取2mmo1的Ce(acac)yH20，加入100ml的两颈园底烧瓶中，再加入20ml 的2-吡咯垸酮。将温度计插入一个瓶颈中，将水冷的回流冷凝管插入另一瓶颈中。将混合物 加热到75。C，Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.1moI/L的乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液， 将该溶液加热至240。C进行回流60min，将加热套移走，冷却至室温，得到含有水溶性Ce02 纳米粒子的透明棕色溶胶。向该溶液中加入200ml的甲醇，有水溶性Ce02纳米粒子沉淀析 出，将沉淀离心分离，用丙酮(每次用量50ml)洗涤沉淀5次，用N2流干燥4h，得到浅黄色 水溶性Ce02纳米粒子。如果将此固体颗粒中加入一定量的去离子水或2-吡咯垸酮，可以得 到透明的胶体溶液。图1是水溶性Ce02纳米粒子的XRD谱图，所制备的Ce02纳米粒子具有良好的晶型结构，属于立方晶系；图2是水溶性Ce02纳米粒子的TEM照片，粒子呈球形， 平均粒径约为5nm;图3是水溶性Ce02纳米粒子的ED照片，表明Ce02纳米粒子具有多晶 结构；图4是水溶性Ce02纳米粒子的水溶胶的紫外一可见吸收光谱，在300nm左右有明显 的吸收峰，是氧化铈的特征吸收峰。
实施例2:称取4mmo1的Ce(acac)3*H20，加入100ml的两颈园底烧瓶中，再加入20ml 的2-吡咯烷酮。将温度计插入一个瓶颈中，将水冷的回流冷凝管插入另一瓶颈中。将混合物 加热到85。C，Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.2mol/L的乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液， 将该溶液加热至225°C进行回流120min，将加热套移走，冷却至室温，得到含有水溶性Ce02 纳米粒子的透明棕色溶胶。向该溶液中加入300ml的甲醇，有水溶性Ce02纳米粒子沉淀析 出，将沉淀离心分离，用丙酮(每次用量80ml)洗涤沉淀5次，于50。C干燥10h，得到浅黄色 水溶性Ce02纳米粒子。所制备的水溶性Ce02纳米粒子的直径约为10nm，粒子呈球形。
实施例3:称取3mmo1的Ce(acac)3*H20,加入100ml的两颈园底烧瓶中，再加入20ml 的2-吡咯垸酮。将温度计插入一个瓶颈中，将水冷的回流冷凝管插入另一瓶颈中。将混合物 加热到80°C， Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.15mol/L的乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶 液，将该溶液加热至230。C进行回流100min，将加热套移走，冷却至室温，得到含有水溶性 Ce02纳米粒子的透明棕色溶胶。向该溶胶中加入300ml的甲醇，有水溶性Ce02纳米粒子沉 淀析出，将沉淀离心分离，用丙酮(每次用量80ml)洗涤沉淀5次，于60。C干燥5h，得到浅 黄色水溶性Ce02纳米粒子。所制备的水溶性Ce02纳米粒子的直径约为8nm，粒子呈球形。
权利要求
1、一种制备水溶性二氧化铈纳米晶的方法，其特征在于，在溶液中采用回流水解方法，制备产物为水溶性二氧化铈纳米粒子，其步骤为一、分散于溶液中的水溶性CeO2纳米粒子的合成将乙酰丙酮铈加入到2-吡咯烷酮中，将混合物加热，乙酰丙酮铈溶解于2-吡咯烷酮中，得到乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液，将该溶液回流，得到含有水溶性CeO2纳米粒子的透明棕色溶胶，该溶液的组成及技术参数为乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液的浓度为0.1～0.2mol/L，乙酰丙酮铈在2-吡咯烷酮中溶解的温度为75～85℃，回流温度为225～240℃，回流时间为60～120min；二、水溶性CeO2纳米粒子与溶液的分离将含有水溶性CeO2纳米粒子的透明棕色溶液冷却至室温后，向该溶液中加入甲醇，有水溶性CeO2纳米粒子沉淀析出；将沉淀离心分离，并用丙酮洗涤，甲醇用量为200～300ml，丙酮用量为50～80ml；于N2流干燥或50～60℃干燥5～10h，得到浅黄色固体颗粒，此固体颗粒即为水溶性CeO2纳米粒子，至此得到水溶性CeO2纳米粒子。
2、 根据权利要求1所述的7jC溶性二氧化铈纳米晶的制备方法，其特征在于，反应起始原料 乙酰丙酮铈的浓度为0.1mol/L、' 0.15mol/L和0.2mol/L中的一个。
3、 根据权利要求1所述的水溶性二氧化铈纳米晶的制备方法，其特征在于，溶剂和表面修 饰剂2-吡咯垸酮的用量为20mL。
4、 根据权利要求1所述的水溶性二氧化铈纳米晶的制备方法，其特征在于，使水溶性的二 氧化钸纳米粒子沉淀析出的试剂甲醇的用量为200mL和300mL中的一个。
5、 根据权利要求1所述的TK溶性二氧化铈纳米晶的制备，，其特征在于，洗涤试剂丙酮 的用量为50mL和80mL中的一个。
全文摘要
一种制备水溶性二氧化铈纳米晶的方法属于纳米材料技术领域。现有的CeO<sub>2</sub>纳米粒子包括未表面修饰和油溶性CeO<sub>2</sub>纳米粒子。本发明采用回流水解法。步骤为一、分散于溶液中的水溶性CeO<sub>2</sub>纳米粒子的合成。采用回流水解法，铈源为乙酰丙酮铈，溶剂和表面修饰剂采用2-吡咯烷酮。技术参数为回流水解温度为225～240℃，回流时间为60～120min。二、水溶性CeO<sub>2</sub>纳米粒子与溶液的分离。将含有水溶性CeO<sub>2</sub>纳米粒子的溶液冷却至室温，用甲醇沉淀，离心分离，用丙酮洗涤，干燥。技术参数为甲醇用量为200～300ml，丙酮用量为50～80ml，用N<sub>2</sub>流干燥4h或于50～60℃干燥5～10h。最终制备的水溶性CeO<sub>2</sub>纳米粒子的平均粒径约为5nm～10nm，呈球形。
文档编号C01F17/00GK101306830SQ20081005094
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者于文生, 刘桂霞, 李正宇, 王进贤, 董相廷 申请人:长春理工大学