[发明专利]氧化铈纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铈纳米片的制备方法，属无机纳米材料制备工艺技术领域。

背景技术

我国的稀土资源十分丰富，工业储量为世界第一。在这之中，氧化铈作为一种稀土化合物，占稀土已探明储量的50％左右。其在汽车尾气净化、固体燃料电池、流体的催化裂解、化学机械抛光研磨剂等方面有着重要的应用。氧化铈纳米结构由于其比表面积大，晶粒尺寸小并且特定纳米结构的表面活性高等特殊的性质，成为目前氧化铈合成的热点之一。

日本专利JP2004107186提出了一种热分解法制备直径在50nm左右的氧化铈纳米球的方法，虽然该方法的产量较大，但是实心纳米球却减小了氧化铈的比表面积，降低其催化性能。US2008051283提出了一种用水热法制备大小在50-1000nm的氧化铈纳米粒子的方法，由于其未用其它模板，所以其颗粒大小的的均一性较差。中国专利CN1683248提出了一种用配位沉淀法制备氧化铈纳米粒子的方法，这种纳米颗粒大小虽在5-10nm，但极易团聚在一起，影响了它们的比表面积，从而降低了氧化铈的性能。同时，在文献报导中的纳米氧化铈，其微观形貌主要是纳米粒子(Marta Maria Natile et al.Chem.Mater.2005，17：3403-3414，Ali Bumajdad et al.Langmuir 2004，20，11223-11233，Yadong Li et al.Journal of Catalysis，2005，229：206-212.)。而易团聚也是它们共有的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种多形态的氧化铈纳米片的制备方法。

本发明一种氧化铈纳米片的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.铈盐混合溶液的配制：在不断搅拌条件下，将化学计量的0.3～1.0mmol铈盐和0.6～5.0mmol十六烷基三甲基溴化铵用适量去离子溶解；铈盐和十六烷基三甲基溴化铵的质量摩尔比为1∶2～1∶5；所述的铈盐为氯化铈、硝酸铈或硝酸铈铵中的任一种；

b.水热反应及后处理：将上述所得的铈盐混合溶液，加入适量氨水，并进行超声分散10分钟；然后在100-180℃水热反应1～3天；然后进行离心分离，将分离后的沉淀产物用去离子水洗涤，使其pH值达到7呈中性；然后在60℃下烘干，即得氧化铈纳米片。

所述的氧化铈纳米片的形态为正方形、或菱形、或六边形；其尺寸为20～80nm，厚度为3～5nm。

本发明方法中，氧化铈纳米片的形成机理如下所述：

在反应中，十六烷基三甲基铵离子(CTA⁺)首先吸附在CeO₂纳米晶表面，并且这种吸附是有选择性的，相比(100)晶面来说，CTA⁺更易吸附于(111)晶面，同时未被稳定的(100)晶面更易被彼此结合，而降低表面能；从较大尺度来看，在一定时间内就形成了方形纳米片。但当温度升高后，CeO₂纳米片表现为六方和菱形结构。这是由于温度升高会降低CTA⁺对(111)晶面吸附力，使模板导向作用减弱；而对没有模板导向作用的立方莹石结构的CeO₂来说，通过(111)晶面相结合而降低表面能，这就形成了六方形和菱形纳米片。

本发明方法，是以十六烷基三甲基溴化铵为软模板，通过水热使氧化铈纳米晶生长为氧化铈纳米片。

本发明方法制得的氧化铈纳米片具有以下优点：由于本发明的氧化铈纳米片厚度很小，因此具有较大的比表面积，因此其催化性能明显增强。本发明的纳米氧化铈比表面积为60～90m²/g，而商品氧化铈粉末比表面积为5～10m²/g，文献中报道的纳米氧化铈一般为30～50m²/g。本发明的纳米氧化铈对CO的催化温度要比其他纳米氧化铈降低20～40℃，同等条件下的催化效率提高1～2倍。

本发明方法具有工艺简单、操作方便、结构易控等特点。

附图说明

图1为本发明实施例1所得样品的透射电镜(TEM)照片。(图中的线框标示正方形)

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。