一种Ce1‑xZrxO2纳米片材料及其制备方法与流程

本发明属于无机材料的制备技术领域，具体涉及一种ce1-xzrxo2纳米片材料及其制备方法。

背景技术：

氧化铈是一种重要的稀土氧化物材料，具有很好的催化活性、优秀的光学性质、氧存储能力和优秀的气敏性能，被广泛的应用于催化剂、氧储存材料、燃料电池、超级电容器、抛光剂、气敏传感器和电子陶瓷等领域。

虽然目前关于氧化铈各种纳米形貌有广泛的报道，如纳米颗粒、纳米纤维、纳米线、纳米花等，但是对于氧化铈纳米片材料的报道较少，而且报道的都是无孔的纯二氧化铈纳米片材料，如专利20081020199.0公开的一种氧化铈纳米片的制备方法：采用铈盐和十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂通过水热法制备了氧化铈纳米片，此氧化铈纳米片是正方形、菱形或者六边形的单晶片，片中无孔。专利201410529975.3公开了一种氧化铈纳米片的制备方法：以醋酸铈和硼氢化钠为原料反应，先得到ceohco3片，最后焙烧得到片状氧化铈纳米材料，得到的氧化铈为厚度25～30nm的无孔纳米片。专利201610536097.7公开了一种六边形二氧化铈纳米片材料的制备方法：采用六水硝酸铈和硼氢酸钠为原料，聚乙烯醇为表面活性剂，水热反应后进行退火得到边长为50～60nm的无孔二氧化铈六边形纳米片。

纳米片在使用过程中容易发生变化，如晶粒长大和片状结构破坏等。对氧化铈纳米片进行锆离子改性是一种有效的提高和稳定其结构和性能的手段，锆离子半径以及电负性和铈离子相近，可以进入氧化铈的晶格中，和氧化铈形成固溶体，从而可以抑制氧化铈片中纳米晶的长大，保持其高的比表面积和应用性能。

有孔的片状氧化铈纳米结构具有更大的比表面积，孔状结构利于溶质或者气体的进出，更有利于气体或者溶质的接触吸附，可以显著的提高其催化、气敏、氧储存、电池等应用性能。但是目前对于有孔的ce1-xzrxo2纳米片材料没有报道。

技术实现要素：

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种ce1-xzrxo2纳米片材料及其制备方法，材料为纳米片状形貌，片内具有介孔，比表面积大，zr离子均匀分布于二氧化铈的晶格之中，形成了固溶体结构，制备工艺不需要高温焙烧处理，不需要表面活性剂或强酸强碱。

该ce1-xzrxo2纳米片材料为厚度6～12nm的纳米片状，片内具有尺度为1.9～2.5nm的介孔，其比表面积大于180m²/g，孔容积大于0.50cm³/g，zr离子均匀分布于二氧化铈的晶格之中，形成了固溶体结构，x＝0.01～0.50。

其制备方法，具体如下：

步骤1、将六水硝酸铈、二水硝酸氧锆和硝酸钠加入去离子水中，搅拌至溶解，得到混合溶液；混合溶液中，六水硝酸铈的浓度为0.050mol/l～0.500mol/l，二水硝酸氧锆的浓度为0.005mol/l～0.250mol/l，硝酸钠的浓度为0.03mol/l～0.20mol/l。

步骤2、在步骤1所得溶液中加入氨水，(氨水的加入量为步骤1中去离子水体积的1/5～1/2)，搅拌5～30min至溶液变为奶黄色溶胶，再滴入双氧水，(双氧水的加入量为步骤1中去离子水体积的1/60～1/20)，继续搅拌20～40min，至溶胶变为红褐色。

步骤3、将步骤2制得的溶胶转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在80～120℃下水热反应14～30小时。然后将水热反应后的产物过滤，采用去离子水和乙醇分别至少洗涤3次后，于100～130℃烘干，即得到超薄多孔的ce1-xzrxo2纳米片材料。

本发明采用硝酸铈、二水硝酸氧锆和硝酸钠配制混合溶液，然后依次加入氨水和双氧水得到溶胶，再通过水热处理得到超薄多孔的ce1-xzrxo2纳米片材料。制备的锆离子改性的氧化铈材料，形成了固溶体结构，为非常薄的纳米片状形貌，片内具有大量介孔，此材料比表面积大，孔容积大。这种特殊的纳米结构可以用于催化剂、氧储存材料、燃料电池、超级电容器、气敏传感器和电子陶瓷等领域。

综上所述，本发明制备的ce1-xzrxo2纳米片材料，为厚度6～12nm的纳米片状形貌，片内具有尺度1.9～2.5nm的介孔，比表面积大于180m²/g，孔容积大于0.50cm³/g；zr离子均匀分布于二氧化铈的晶格之中，形成了固溶体结构。易于工业化大规模生产，不需要高温焙烧处理，节约能源，不需要表面活性剂或强酸强碱，制备过程环境友好。

附图说明

图1是实施例1ce0.94zr0.06o2纳米片材料的扫描电镜和透射电镜照片；

图2是实施例1ce0.94zr0.06o2纳米片材料的x射线衍射谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

步骤1、室温下，将4.34g六水硝酸铈、0.23g二水硝酸氧锆和0.43g硝酸钠加入80ml去离子水中，搅拌至溶解，得到混合溶液。

步骤2、在步骤1所得溶液中加入20ml氨水，搅拌10分钟，溶液变为奶黄色溶胶；再滴入2ml双氧水，继续搅拌30分钟，溶胶变为红褐色。

步骤3、然后将步骤2所得溶胶转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在100℃下水热反应20小时，自然冷却到室温，然后将水热反应后的产物过滤，再采用去离子水和乙醇分别洗涤3次后，于110℃烘干，即得到超薄多孔的ce0.94zr0.06o2纳米片材料。

通过原子力显微镜(afm)检测实施例制得的ce0.94zr0.06o2纳米片材料，其厚度为8nm，片内具有大量的尺度为2.1nm的介孔，比表面积为185.4m²/g，孔容积为0.51cm³/g；xrd测量结果表明其为二氧化铈立方萤石矿单相晶型。

技术特征：

技术总结
本发明属于无机材料的制备技术领域，具体涉及一种Ce1‑xZrxO2纳米片材料及其制备方法。本发明采用硝酸铈、二水硝酸氧锆和硝酸钠配制混合溶液，然后依次加入氨水和双氧水得到溶胶，再通过水热处理得到超薄多孔的Ce1‑xZrxO2纳米片材料。制备的锆离子改性的氧化铈材料，形成了固溶体结构，为厚度6～12nm的纳米片状形貌，片内具有尺度1.9～2.5nm的介孔，比表面积大于180m2/g，孔容积大于0.50cm3/g；Zr离子均匀分布于二氧化铈的晶格之中，形成了固溶体结构。易于工业化大规模生产，不需要高温焙烧处理，节约能源，不需要表面活性剂或强酸强碱，制备过程环境友好。

技术研发人员：李志杰;王军强;王治国
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.08.23
技术公布日：2017.12.15