专利名称：一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种水热法合成不同形貌纳米氧化 铈的方法。
背景技术：
由于纳米颗粒的大小尺度所赋予纳米颗粒的量子力学效应，使纳米材料与传统材 料在一些性质上(如光学，电学等)有较大的差异，并在电子学，光学，化学陶瓷，生物和医 药领域得到了广泛应用。纳米氧化物是纳米材料中的一个重要部分，其制备，结构，性能以 及应用已经成为各国研究人员关注的热点之一。氧化铈是一种用途极广的轻稀土氧化物， 具有N型半导体性质，广泛应用于燃料电池，发光材料，玻璃脱色澄清剂，催化剂，电子陶 瓷，紫外吸收材料以及光催化等领域。制备纳米氧化铈的方法很多，目前最常用的是液相法，主要包括沉淀法，溶胶凝 胶法，水热法，微乳液法等。这些方法可以制备得到各种形貌的纳米氧化铈，但是这些制备 方法的缺点也尤其明显1)需要加入的原材料较多，导致成本较高。以微乳液法为例，需要加入表面活性 剂，助表面活性剂，溶剂等。2)制备工艺较为复杂。以溶胶凝胶法为列，需要进行前躯体反应，静置产生溶 胶_凝胶的变化，需要周期较长，并且后期需要高温烧结。3)后处理较为麻烦。大多数液相法由于制备时候加入表面活性剂，都需要沉淀，离 心，超声洗涤等工艺。这些缺点造成了在制备阶段，纳米材料的制备成本较高，生产周期过长，难以达到 工业化生产的要求；而在后处理时，目前现有的设备难以满足大批量纳米材料的后处理，并 且后处理时较多的工艺也大幅度提高了成本。所以目前的制备方法严重限制了纳米材料的发展。因此，在这一前提下，研究者们不断简化制备工艺解决这一难题。在制备过程中， 尽量少的加入各种试剂，不但降低成本，而且能够简化后处理工艺。这一方法能解决了目前 存在的诸多问题，因此具有良好的发展前景，对纳米材料的生产和应用也有较大的推动作用。
发明内容
本发明的目的提供一种工艺较为简单的制备形貌可控纳米氧化铈的制备方法。本发明采用的技术步骤的方案如下一材料配比浓度为99. 9 %的硝酸亚铈Ce (NO3) · 6H20浓度为99. 9%的乙醇C2H60、浓度为99. 9%的丙酮C3H6O或浓度为99. 9%的甲苯
C7H10
浓度为30%的双氧水H2O2上述的浓度均指质量百分浓度。1、一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于；采用如下步骤1)室温下配制浓度为0. 01-0. lmol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按照体积比1 1-8 1-10加入H2O2、硝酸亚铈水溶液和反应温度下能挥发成 气体且不参与反应的有机溶剂形成混合溶液；3)将混合溶液放入高温反应釜中，140_240°C下反应2_72h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即 可。2、如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在 于；所述有机溶剂为甲苯、乙醇或丙酮。3、如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在 于；Ce (NO3) · 6H20水溶液为0. 01 0. 05mol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂体积比为 1 1 4 1 4，反应温度为140 210°C，反应时间为2 24h时，制备出的纳米氧化 铈为八面体。4、如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在 于Ce (NO3) · 6H20水溶液为0. 06 0. 07mol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂的体积比 为1 4 7 4 7，反应温度为180 200°C，反应时间为12 48h时，制备出的纳米 氧化铈为纳米方块。5、如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在 于=Ce(NO3) · 6H20水溶液为0. 05 0. lmol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂的体积比 为1 6 10 6 10，反应温度为210°C 240°C，反应时间为36 72°C时，制备出的 纳米氧化铈为纳米棒。上述过程中发生的反应为2H202 — 2H20+024Ce3++02+2H20 — 4Ce4++40F4Ce4++40r — Ce (OH) 4Ce (OH) 4 — Ce02+2H20在水热环境中，高温下有机溶液挥发成气体，对水溶液形成一定的压力，由于 Ce (OH)4是一种不稳定的化合物，在高温高压下分解成并且CeO2结晶生长，甲苯的高压会加 速Ce(OH)4W分解，并且在CeO2结晶时，较大的压力会限制晶体的生长，使其尺寸限制在纳 米级范围内。本发明由于未加入任何表面活性剂，而加入的氧化剂双氧水反映后无残留， 可以省去传统纳米制备工艺所需要的后处理工艺，对纳米材料的工业化应用有巨大推动作 用。本发明的优点在于1)该制备方法简单，成本低，工艺简单，免去了传统液相法所需要的沉淀，过滤，超 声洗涤，离心等后处理工艺；2)该制备方法可制备不同形貌的纳米氧化铈，包括氧化铈纳米八面体，纳米方块， 纳米棒。
3)通过调节试验参数，对于合成的氧化铈纳米材料的微观结构和尺寸达到了人为 可控性。这种制备方法得到了不同形貌的纳米氧化铈，并且可以克服纳米材料制备时所存 在的条件苛刻，原料成本较高，后处理麻烦等一系列的缺点，而与同类方法相比，这种方法 反应条件较为均勻，需要原料较少，免去了沉淀，过滤，超声洗涤，离心等众多后处理措施， 与以前报道的方法相比有着巨大的进步。
图1是按照实施例一制备的氧化铈纳米八面体的扫描电镜图片；图2是按照实施例二制备的氧化铈纳米方块的扫描电镜图片；图3是按照实施例三制备的氧化铈纳米棒的透射电镜图片；图4是按照实施例一制备的氧化铈纳米八面体的X射线电子衍射图片；
具体实施例方式实施例1 1)室温下配制浓度为0. 02mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将4mlCe (NO3) · 6H20水溶液，4m甲苯和2mlH202，加入到带有密封装 置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 150°C下反应 2h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。实施例2 1)室温下配制浓度为0. 06mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将12mlCe (NO3) · 6H20水溶液，14m甲苯和3mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 180°C下反应 36h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。实施例3 1)室温下配制浓度为0. 09mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将24mlCe (NO3) · 6H20水溶液，24m甲苯和3mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 240°C下反应 72h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。实施例4 1)室温下配制浓度为0. 07mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将25mlCe (NO3) · 6H20水溶液，25m甲苯和5mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；
5
3)在 180°C下反应 18h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。实施例5 1)室温下配制浓度为0. lmol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将72mlCe (NO3) · 6H20水溶液，80m甲苯和8mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 230°C下反应 54h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。实施例6 1)室温下配制浓度为0. 05mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将40mlCe (NO3) · 6H20水溶液，24m乙醇和4mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 240°C下反应 60h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即 可，得到棒状纳米氧化铈。实施例7 1)室温下配制浓度为0. 03mol/L的Ce (NO3) · 6H20水溶液；2)按顺序依次将32mlCe (NO3) · 6H20水溶液，30m丙酮和8mlH202，加入到带有密封 装置，内胆镀有一层四氟乙烯的高温反应釜中，不需要任何搅拌；3)在 160°C下反应 24h ；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即 可，得到八面体纳米氧化铈。
权利要求
一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于；采用如下步骤1)室温下配制浓度为0.01 0.1mol/L的Ce(NO3)·6H2O水溶液；2)按照体积比1∶1 8∶1 10加入H2O2、硝酸亚铈水溶液和反应温度下能挥发成气体且不参与反应的有机溶剂形成混合溶液；3)将混合溶液放入高温反应釜中，140 240℃下反应2 72h；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。
2.如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于；所 述有机溶剂为甲苯、乙醇或丙酮。
3.如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于； Ce (NO3) · 6H20水溶液为0. 01 0. 05mol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂体积比为 1 1 4 1 4，反应温度为140 210°C，反应时间为2 24h时，制备出的纳米氧化 铈为八面体。
4.如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于 Ce (NO3) · 6H20水溶液为0. 06 0. 07mol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂的体积比为 1 4 7 4 7，反应温度为180 200°C，反应时间为12 48h时，制备出的纳米氧化 铈为纳米方块。
5.如权利要求1所述的一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，其特征在于 Ce (NO3) · 6H20水溶液为0. 05 0. lmol/L, H2O2、硝酸亚铈水溶液和有机溶剂的体积比为 1 6 10 6 10，反应温度为210°C 240°C，反应时间为36 72°C时，制备出的纳米 氧化铈为纳米棒。
全文摘要
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种水热法合成不同形貌纳米氧化铈的方法，采用如下步骤1)室温下配制浓度为0.01-0.1mol/L的Ce(NO3)·6H2O水溶液；2)按照体积比1∶1-8∶1-10加入H2O2、硝酸亚铈水溶液和反应温度下能挥发成气体且不参与反应的有机溶剂形成混合溶液；3)将混合溶液放入高温反应釜中，140-240℃下反应2-72h；4)反应结束后，倒去上层溶液，纳米氧化铈直接沉在反应釜底部，加入乙醇分散即可。本发明由于未加入任何表面活性剂，而加入的氧化剂双氧水反映后无残留，可以省去传统纳米制备工艺所需要的后处理工艺，对纳米材料的工业化应用有巨大推动作用。
文档编号C01F17/00GK101962203SQ201010503448
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者吴海平, 王辉, 陶国良, 陶宇 申请人:常州大学