[发明专利]具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源、生物医药以及催化等技术领域，具体是指一种具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管的制备方法。

背景技术

氧化铈作为具有催化活性的稀土氧化物在控制汽车尾气的排放、可再生脱硫、水煤气制氢、污水中有机物的治理、新型太阳能电池以及作为抗氧化剂在生物医药方面等都有着重要的应用。大量的研究表明氧化铈的催化活性、储氧能力、氧的迁移能力等受到氧化铈的表面积和结构特点的影响。因此，设计合成较大比表面积、较高的表面活性的氧化铈纳米结构对于上述方面的应用有着重要的意义。目前，具有较大比表面积、较高的表面活性的氧化铈纳米结构的合成的设计受到广泛的关注。一维的CeO₂纳米结构的由于具有较大的表面/体积比率和较高的表面能，已经在催化反应中显示出比常规CeO₂粒子更高的催化性能。

制备纳米CeO₂的方法一般是通过共沉淀方法获得纳米氧化铈颗粒，由于纳米氧化铈颗粒之间的团聚严重阻碍了比表面积的提高，最近，通过水热法可以简便获得CeO₂纳米线。但是由于是实心的纳米结构它的比表面积依旧偏低。因此制备高比表面的CeO2纳米结构还在很大的挑战。为了进一步的提高氧化铈的比表面积，管状氧化铈纳米结构因为具有内外两个表面而被认为是提高纳米CeO2的比表面积的有效途径。除此之外在纳米管的管壁中构筑微孔或介孔结构则可以进一步的提高比表面积。

发明内容

本发明公开了一种制备介孔氧化铈纳米管的方法。所获得氧化铈纳米管具有较大的比表面积，较高的热稳定性。

为实现上述目的本发明采用了如下技术方案：

一种具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将适量的ZnO纳米棒在浓度为0.05～0.2ML^-1的氢氧化钠的溶液中超声分散，使ZnO表面吸附羟基带负电；

(2)接着把ZnO纳米棒离心分离出来再在无水乙醇中分散清洗；

(3)接着把清洗过的ZnO纳米棒再在0.05～0.2ML^-1的硝酸铈的溶液中超声分散，使带有负电的ZnO纳米棒表面可以有效地吸附带正电的Ce⁺⁴离子；

(4)再在无水乙醇中超声清洗一遍；

(5)重复上述步骤(1)-(4)的循环操作过程，整个沉积过程由20～50个循环构成；

(6)通过连续的离子层吸附反应过程获得的产物，在空气中400～600℃退火2小时得到ZnO/介孔CeO₂芯壳纳米结构；

(7)用化学腐蚀液将获得的ZnO/介孔CeO₂芯壳纳米结构进行化学腐蚀，去除中间的ZnO纳米棒，得到介孔氧化铈纳米管结构，所述的化学腐蚀液为体积比为5％的硝酸溶液，腐蚀时间为4-6分钟；

(8)将腐蚀好的介孔氧化铈纳米管结构用去离子水清洗几遍去除表面的残留物，然后在空气中烘干即为值得的具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管，烘干温度为75-85℃。

所述的具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的ZnO纳米棒，其制备过程如下：

a、将14-15mL浓度为0.1ML^-1的醋酸锌乙醇溶液逐滴地滴加到29-31mL的浓度为0.5ML^-1的NaOH乙醇溶液中并搅拌28-32分钟；

b、将混合溶液转移到50-60mL容积的高压釜中，在150～200度烘箱中加热反应，加热时间为22-26小时；

c、反应后的产物用去离子水过滤几遍后，在空气中烘干，即得ZnO纳米棒，烘干温度为58-62℃。

本发明方法制得的介孔CeO2纳米管，比表面积比CeO₂纳米线和CeO₂颗粒的比表面积提高了2～3倍；表面氧和活性氧明显高于传统氧化铈材料；具有较高的催化活性和较低的起燃温度。本发明方法制备的介孔氧化铈纳米管有望成为新一代的催化剂材料在节能环保和医疗卫生领域发挥重要的作用。

具体实施方式

原料：醋酸锌、硝酸铈、氢氧化钠、硝酸、无水乙醇等。

制备步骤：