[发明专利]一种具有核壳结构的纳米氧化铈及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有核壳结构的纳米氧化铈的制备方法，属于稀土化合物的制备技术领域。

背景技术

稀土元素独特的f电子构型，使得稀土氧化物具有一些优良的性能。作为稀土氧化物典型代表的氧化铈，由于具有独特的变价和储氧功能，在汽车尾气处理，固体燃料电池，发光材料、紫外吸收材料，陶瓷材料、抛光粉等方面有着广泛的应用。纳米氧化铈由于具有大的比表面积，较小的纳米尺寸效应，高的表面活性等特殊性质，成为目前氧化铈合成和应用的热点之一。

人们研究了不同方法如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等方法合成了不同形貌的氧化铈纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米球状以及花瓣状等等。但这些合成方法存在试剂成本较高、合成工艺复杂、合成的氧化铈比表面积小等不足，有关具有核壳结构的纳米氧化铈的制备方法目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的纳米氧化铈。

本发明的另一个目的在于提供一种简单易行，成本低廉的具有核壳结构的纳米氧化铈的制备方法。

一种具有核壳结构的纳米氧化铈，具有球形核壳结构，其比表面积为70～120m²/g，颗粒平均直径为400～1000nm，核的平均直径200～700nm。

制备方法是，通过混合有机溶剂使铈盐溶解，再经过溶剂加热使纳米氧化铈熟化，由于纳米氧化铈在不同溶剂中的熟化速度不同，从而形成具有核壳结构的纳米氧化铈。通过下述技术方案实现：

试剂A、试剂B和试剂C按1∶(1～20)∶(0.3～10)的质量比溶于水中，制成混合溶液，再加入可溶性铈的复合铵盐溶解在该混合溶液中，配成Ge⁴⁺浓度为0.02～0.2mol/L的混合溶液，其中试剂A与可溶性铈的复合铵盐中铈元素的质量比为1∶(0.1～1)；搅拌至无色后，将该混合溶液装入水热釜，在110℃～180℃温度下水热3～72小时；取沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗涤数次，再在80℃～100℃干燥12～24小时，350℃～500℃焙烧2～5小时，即得到具有核壳结构的纳米氧化铈。

试剂A为含多羟基结构化合物，选自丙三醇、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、山梨糖、甘露糖、季戊四醇等含多羟基结构化合物中的一种。

试剂B为低级醇，选自为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇中的一种。

试剂C为乙醚、苯、甲苯、环己烷、正己烷等中的一种。

可溶性铈的复合铵盐为硝酸铈铵或硫酸铈铵，优选为硝酸铈铵。

本发明的具有核壳结构纳米氧化铈，由于是核壳球状，因此具有较大的比表面积，其比表面积为70～120m²/g，大大高于商品氧化铈粉末。在纳米器件、催化、抛光等领域有着潜在的应用前景。

本发明的制备方法中，所使用的化学试剂均为常用试剂，廉价易得，制备工艺简单，操作方便，结构易控。并且本发明提出的制备核壳结构的纳米氧化铈方法，是通过混合有机溶剂使铈盐溶解，再经过溶剂热使纳米氧化铈熟化，由于纳米氧化铈在不同溶剂中的熟化速度不同，而形成具有核壳结构的纳米氧化铈，因此可以为制备其它类似结构的无机物提供借鉴。

附图说明

图1为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的X射线衍射图谱。

图2为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的氮气吸脱附等温线，内插图为BJH孔径分布图。

图3为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的扫描电镜照片。

图4为实施例1制备的具有核壳结构纳米氧化铈的透射电镜照片。

具体实施方式

实施例1

在搅拌的情况下，将10mL丙三醇、10mL乙醚、1.5mL水和20mL乙醇制成混合溶液，再将2mmol的硝酸铈铵加入到此溶液中，搅拌至无色后，转移到50mL的水热釜中，在160℃水热24h，产物经抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次后，在80℃烘干24h，再在400℃马弗炉中焙烧4小时，得到具有核壳结构的纳米氧化铈，其比表面积为105.5cm²/g。其X射线衍射图谱如图1，氮气吸脱附等温线和BJH孔径分布图如图2，扫描电镜照片和透视电镜照片如图3和图4。

实施例2