专利名称：孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法
技术领域：
本发明属于二氧化铈纳米材料制备技术领域，特别涉及孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法。
背景技术：
二氧化铈是稀土氧化物系列中活性最高的一种氧化物催化剂。纳米CeO2具有较为独特的晶体结构、较高的储氧能力和释放氧的能力、较强的氧化、还原性能，可以用于紫外吸收材料、抛光剂、固态燃料电池、气体传感器、水处理、催化剂及催化剂载体等方面。二氧化铈作为催化剂的原理是在氧缺乏的环境下，二氧化铈中的Ce4+还原为Ce3+，从而产生具有催化活性的氧空位。纳米二氧化铈的形貌、尺寸及孔结构与其催化性能有密切的关系。一维结构的二氧化铈纳米棒比纳米颗粒具有更高的催化活性。多孔结构可以赋予CeO2较高的比表面积，从而有利于更好地分散其负载的活性组分，提高活性位数量，可以提高催化剂的效率。因此，将一维结构与多孔结构的优点结合起来，构筑具有多孔结构的二氧化铈纳米棒具有十分重要的意义。英国《材料化学杂志》(JOURNALOF MATERIALS CHEMISTRY 2010，20，7118-7122)报道了利用电化学沉积法制备多孔CeO2纳米线阵列。该方法过程复杂，需要较高的成本，孔径不可调，不利于大量的制备具有多孔结构的二氧化铈纳米棒。因此需要针对这些缺点进行改进，探索一种新的孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种利用溶剂热反应，制备孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的方法，以克服现有技术工艺复杂、孔径不可调的缺陷。本发明一种孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法，其特征在于，0. I 0. 5克三嵌段聚合物F127(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20, Mw= 12600)，溶于30mL无水乙醇当中，加入l-2mL甲酰胺,然后加入Immol Ce (NO3) 3 6H20,混合后密封在聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，120°C恒温反应8 22小时，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到甲酸铈前驱体，前驱体500°C下马弗炉内煅烧2小时，即获得多孔二氧化铈纳米棒。与现有技术相比，本发明制备多孔二氧化铈纳米棒的方法，所得产物物相单纯，反应简单易控；所制备的多孔二氧化铈纳米棒，孔径在3-12nm范围内可调。该方法设计合理，工艺简单，形貌可控，尺寸分布均匀。
图I为本发明实施例I产物的XRD图谱。其中(a)为前驱体Ce (HCOO) 3的XRD图谱；(b)为Ce (HCOO) 3的标准XRD图谱(JCPDScard no. 80-1503) ； (c)为多孔CeO2纳米棒的XRD图谱；(d)为CeO2的标准XRD图谱(JCPDScard no.81-0792)。图2为本发明实施例I产物的透射电镜照片。其中(a，b)为CeO2纳米棒在不同放大倍数下的透射电子显微镜(TEM)照片；(C)为单根CeO2纳米棒的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片；(d)为CeO2纳米棒的选区电子衍射。图3为本发明实施例I产物的氮气吸附/脱附及BJH孔径分布图。
具体实施例方式实施例I :·
称取三嵌段聚合物F127(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20, Mw =12600)0. I克，溶解于30mL无水乙醇，加入2mL甲酰胺，然后加入Immol Ce (NO3) 3 6H20，搅拌溶解。将所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在120°C温度下恒温反应8小时，将釜内产物倾出，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，真空干燥得到甲酸铈前驱体，前驱体500°C下马弗炉内煅烧2小时，即获得多孔二氧化铈纳米棒。步骤中所述的恒温反应是将反应釜置于能精确控温的烘箱，或者将反应釜置于能精确控温的电阻炉中。步骤中所述的真空干燥温度优选50_60°C。产物物相用X-射线粉末衍射(XRD)进行测试，仪器型号为Bruker D8 X-射线衍射仪，X-射线源为Cu-K a辐射(X=1.5418A)，扫描角度范围2 0为10° 80°之间。图I为X-射线粉末衍射谱图。前驱体的衍射峰均与六方相Ce (HCOO) 3 (JCPDSCard No. 34-0394)完全吻合，前驱体煅烧后产物的衍射峰均与立方相CeO2吻合(JCPDSNo. 81-0792)，晶胞参数a=5.412 A。图2a_b为产物的透射电子显微镜照片，证明产物是棒状结构，纳米棒的长度在200-300nm,宽度在20_30nm的范围内，棒的表面能清晰地观察到孔状结构。图2c为产物的高分辨透射电子显微镜照片，可以清晰地观察到晶格条纹，晶格条纹间距0. 31nm对应于立方相氧化铈的(111)晶面。图2d的电子衍射花样表明，产物为多晶。图3为CeO2纳米棒的氮气吸附/脱附及BJH孔径分布图。氧化铈纳米棒的拟合孔径为3. 3nm，与电镜图像中的孔径大小基本吻合，产物的比表面积为90. Im2g'孔容为
0. 25cm3g 1O以上分析证实了实验获得的产品是结晶良好的立方相氧化铈多孔纳米棒。实施例2 制备步骤同实例1，不同之处是称取F1270. 2克，溶解于30mL无水乙醇，加入ImL甲酰胺，然后加入lmmol Ce(NO3)3-BH2O0所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在120°C温度下恒温反应8小时，将釜内产物倾出，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，真空干燥得到甲酸铈前驱体，前驱体500°C下马弗炉内煅烧2小时，即获得多孔二氧化铺纳米棒，纳米棒的拟合孔径为5nm,比表面积为70. 3m2g'实施例3 制备步骤同实例1，不同之处是称取F1270. 5克，溶解于30mL无水乙醇，加入2mL甲酰胺，然后加入lmmol Ce(NO3)3 WH2O15所得溶液转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在120°C温度下恒温反应12小时，将釜内产物倾出，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，真空干燥得到甲酸铈前驱体，前驱体500°C下马弗炉内煅烧22小时，即获得多孔二氧化铈纳米棒，纳米棒的拟合孔径为1 2nm，比表面积为50. 2!! '
权利要求
1.一种孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法，其特征在于，o. I 0.5克三嵌段聚合物F127，溶于30mL无水乙醇当中，加入l_2mL甲酰胺，然后加入Immol Ce (NO3) 3 *6H20,混合后密封在聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，120°C恒温反应8 22小时，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到甲酸铈前 驱体，前驱体500°C下马弗炉内煅烧2小时，即获得多孔二氧化铈纳米棒，所述的三嵌段聚合物F127是聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20, Mw = 12600。
全文摘要
一种孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法，其特征在于，0.1～0.5克三嵌段聚合物F127，溶于30mL无水乙醇当中，加入1-2mL甲酰胺，然后加入1mmol Ce(NO3)3·6H2O，混合后密封在聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，120℃恒温反应8～22小时，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到甲酸铈前驱体，前驱体500℃下马弗炉内煅烧2小时，即获得多孔二氧化铈纳米棒，所述的三嵌段聚合物F127是聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO20PO70EO20，Mw＝12600。
文档编号B82Y30/00GK102730739SQ20121021354
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者孙中溪, 盛永丽, 范迎菊 申请人:济南大学