专利名称：一种二氧化铈纳米空心球的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化铈的制备方法，特别涉及一种二氧化铈纳米空心球的制备方法。
背景技术：
CeO2是一种重要的功能稀土氧化物，具有立方晶系结构。CeO2具有优良的电学性能和光学性能，在汽车尾气催化、光解水、紫外线屏蔽、气体传感器、燃料电池电解质、抛光材料、储氧材料等诸多领域有着广泛的应用，具有良好的前景。纳米CeO2及其复合材料具有较高的比表面能和储氧能力，具有良好的催化性能。在催化领域，CeO2常常作为载体与金属进行复合共同构成性能优良的催化剂，不仅对所负载的金属起到分散、塑型及稳定的作用，而且其储氧能力还能够在进行催化反应时提供活性氧，与催化主体起到联合催化的效果，其作用已经超越催化剂负载体的地位。光催化降解有机物中，CeO2可以单独作为催化剂进行光催化反应，此时，催化剂的比表面积与形貌对吸附-催化效率具有决定性的作用。因此，其形貌和尺寸对催化剂的整体效果具有至关重要的作用。另外，CeO2性能稳定，价格便宜，毒性小，性能优良，近年来越来越受到研究者们的广泛关注。迄今为止，人们运用了多种方法制备CeO2及其复合材料纳米材料。Lin Yue等运用反向共沉淀法制备了 CeO2及其掺杂纳米粉体[Lin Yue, XiaoMingZhang. Structuralcharacterization and photocatalytic behaviors ofdoped Ce02nanoparticles[J].Journal of Alloy and Compounds, 475 (2009)，702-705]。但是,共沉淀法制备的 CeO2 纳米粉体粒度分布不均匀且形貌难以控制。邱克辉等以硝酸铈、柠檬酸和偏钒酸铵为原料，采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了 V5+离子掺杂纳米CeO2粉体[邱克辉，张伟，李峻峰，王可嘉.V5+离子掺杂纳米氧化铈的合成与表征[J].中国稀土学报，2009. 4 (27，2) : 209-212]。但是，溶胶-凝胶法制备的粉体团聚较为严重，粒度也较大，影响了其性能。栾宝平等以硝酸铈为铈源通过水热法合成了球形，纺锤形和花束形二氧化铈[栾宝平，余锡宾，刘洁，王立同，华庆松，周祥，不同形貌的CeO2的水热法制备及表征[J].上海师范大学学报(自然科学版)，2011，40，2:157-162]。但是，传统水热法产率低、耗时长且能耗高，不利于大量生产。山东大学陈国柱博士制备了以三氯化铈为铈源，利用PVP (聚乙烯吡咯烷酮)为形貌控制剂采用溶剂热法制备了 CeO2纳米空心球[陈国柱.铈化合物空心结构材料的制备、表征及性质研究[D].济南山东大学，2009]。但其所用溶剂热法危险性较水热法高，有机物消耗较多，使其成本较高，难以运用于实际生产。在纵多种类的形貌中，纳米空心球因其较大的比表面积而具有良好的理化性能，成为研究者们研究的热点。微波水热合成法是在1992年美国宾州大学R. Roy提出利用微波对水的介电作用进行加热的新型合成方法，与传统的水热法相比，微波水热合成法具有加热速度快、反应灵敏、体系受热均匀等特点，可以快速制备形貌均一的超细粉体。
发明内容
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本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种成本低，操作简单且易于控制的二氧化铈纳米空心球的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是步骤一将分析纯的Ce (NO3) 3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. 01 O. 2mol/L 的 Ce (NO3)3 溶液；然后将KBr03、SDS (十二烷基硫酸钠)与 Ce(NO3)3WH2O 按(3 6): (0.5 2):1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中持续搅拌均匀得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于160 190°C反应O. 5 2h，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。所述的持续搅拌是在60°C持续搅拌2h。本发明以Ce (NO3) 3 · 6H20、KBrO3> SDS (十二烷基硫酸钠)为原料，采用微波水热法制备得到平均直径约为300nm左右的CeO2纳米空心球。这种方法特有的优点是原料相对廉价，工艺操作简单，采用无污染洁净低耗能的微波水热法快速制备CeO2纳米空心球。本发明的有益效果体现在成本低，操作简单且易于控制。本发明中微波水热法制备空心球状的CeO2纳米粉体的方法可以直接应用于掺杂及复合CeO2纳米粉体的制备中，为CeO2基新材料制备的提供了一种新途径。此外相对于传统水热法，微波水热法具有环保节能高效的优点。
图I为实施例I制备的CeO2纳米空心球的XRD衍射图；图2为实施例I制备的CeO2纳米空心球的扫描电镜照片；图3为实施例I制备的CeO2纳米空心球的透射电镜照片。
具体实施例方式实施例I :步骤一将分析纯的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. 01mol/L的Ce (NO3)3 溶液；然后将1 103、505(十二烷基硫酸钠)与06(吣3)3*6!120按5:1:1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中在60°C持续搅拌2h得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于180°C反应lh，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。将所得的空心球状的CeO2纳米粉体用日本Rigaku公司生产D/Max_2200pc型X射线衍射仪测定，结果如图I所示，得到结晶性较好的纯相CeO2纳米空心球，发现产物的JCPDS卡号为33-0394，属于立方晶系。该样品的微观形貌采用HITACHI S4800型扫描电子显微镜进行观察，结果为图2。该样品的透射形貌采用JEOL JEM3010型透射电子显微镜进行观察，结果为图3，从图中可以看出所制备的为CeO2纳米空心球，其平均直径大约为300nmo实施例2 步骤一将分析纯的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. 05mol/L的Ce (NO3)3 溶液；然后将KBrO3、SDS (十二烷基硫酸钠)与Ce (NO3) 3 · 6!120按4:1.5:1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中在60°C持续搅拌2h得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于160°C反应I. 5h，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。实施例3 步骤一将分析纯的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. lmol/L的Ce (NO3)3 溶液；然后将KBr03、SDS (十二烷基硫酸钠)与Ce (NO3) 3 · 6H20按6:0. 5:1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中在60°C持续搅拌2h得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于190°C反应O. 5h，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。实施例4 步骤一将分析纯的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. 2mol/L的Ce (NO3)3 溶液；然后将KBr03、SDS(十二烷基硫酸钠)与Ce (NO3) 3 ·6Η20按3:2:1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中在60°C持续搅拌2h得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于180°C反应2h，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。
权利要求
1.一种二氧化铈纳米空心球的制备方法，其特征在于包括以下步骤步骤一将分析纯的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去离子水中得浓度为O. 01 O. 2mol/L的Ce (NO3)3 溶液；然后将KBr03、SDS (十二烷基硫酸钠)与06(勵3)3*6!120按(3 6): (O. 5 2):1的摩尔比将KBr03、SDS加入到Ce (NO3) 3溶液中持续搅拌均匀得混合溶液；步骤二 将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于160 190°C反应O. 5 2h，反应后离心洗涤，80°C干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。
2.根据权利要求I所述的二氧化铈纳米空心球的制备方法，其特征在于所述的持续搅拌是在60°C持续搅拌2h。
全文摘要
一种二氧化铈纳米空心球的制备方法，将Ce(NO3)3·6H2O溶解于去离子水中得Ce(NO3)3溶液；然后将KBrO3、SDS(十二烷基硫酸钠)加入到Ce(NO3)3溶液中持续搅拌均匀得混合溶液；将混合溶液移入反应釜中，置于微波水热仪中于160～190℃反应0.5～2h，反应后离心洗涤，80℃干燥得空心球状的CeO2纳米粉体。本发明成本低，操作简单且易于控制。且微波水热法制备空心球状的CeO2纳米粉体的方法可以直接应用于掺杂及复合CeO2纳米粉体的制备中，为CeO2基新材料制备的提供了一种新途径。此外相对于传统水热法，微波水热法具有环保节能高效的优点。
文档编号C01F17/00GK102942206SQ201210476399
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者王芬, 周长江, 丁阳 申请人:陕西科技大学