[发明专利]一种由甲醛促进的可控合成CeO2纳米带、纳米棒和纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和多相催化材料制备领域，涉及一种CeO₂稀土氧化物一维纳米材料的制备方法。

背景技术

二氧化铈是一种重要的稀土氧化物，具有特殊的储氧能力，高的热稳定性，良好的光学性能，以及优异的电导率和扩散等性能，已经被应用到催化、燃料电池、传感器、紫外线屏蔽等领域[(1)A.Trovarelli，C.de Leitenburg，M.Boaro，G.Dolcetti，Catal. Today 1999，50，353；(2)S.D.Park，J.M.Vohs，R.J.Gorte，Nature2000，404，265；(3)E.L.Brosha，R.Mukundan，D.R.Brown，F.H.Garzon，J.H.Visser，Solid State Ionics 2002，148，61；(4)S.Yabe，T.J.Sato，Solid State Chem.2003，171，7.]。随着纳米材料合成技术的发展，为开发具有优异结构特性的功能二氧化铈材料提供了新的机遇，一维纳米材料由于其独特的长径比显示了比纳米颗粒在实际应用中更加优异的性能而成为研究和开发的热点。水热合成是一个操作简单、成本低和易产业化的纳米材料合成路线。然而，由于立方萤石结构的氧化铈在水溶液中没有各向异性生长的驱动力，一维CeO₂纳米材料通常通过表面活性剂和模板剂合成[(5)X.Lu，D.Zheng，J.Gan，Z.Liu，C.Liang，P.Liu，Y. Tong，J.Mater.Chem.，2010，20，7118-7122；(6)L. Gonzalez-Rovira，J.M.Sanchez-Amaya，M.Lopez-Haro，E.D.Rio，A.B.Hungria，P. Midgley，J.J.Calvino，S.Bernal，F.J.Botana，Nano.Lett.，2009，9，1395-1400；(7)Z.Guo，F.Du，G. Li，Z.Cui，Cryst.Growth.Design.，2008，8，2674-2677；(8)S.C.Laha，R.Ryoo，Chem.Commun.，2003，2138-2139.]。这种方法相对复杂、成本较高并且能耗较大。也有通过制备CeO₂的前躯体，包括Ce(OH)₃[(9)K.Zhou，X.Wang，X.Sun，Q.Peng，Y.Li，J. Catal.，2005，229，206-212；(10)H.X.Mai，L.D.Sun，Y.W.Zhang，R.Si，W.Feng，H.P.Zhang，H.C.Liu，C.H.Yan，J. Phys.Chem.B，2005，109，24380-24385.]、Ce(HCOO)₃[(11)C.Ho，J.C.Yu，T.Kwong，A.C.Mak，S.Lai，Chem.Mater.，2005，17，4514-4522；(12)J.Wei，Z.Yang，H.Yang，T.Sun，Y.Yang，CrystEngComm，2011，13，4950.]、CeOHCO₃[(13)Z.Guo，F.Du，G. Li，Z.Cui，Cryst.Growth.Des.，2008，8，2674-2677；(14)G.Z.Chen，C.X.Xu，X.Y.Song，W.Zhao，Y.Ding，S.X.Sun，Inorg.Chem.，2008，47，723-728.]、Ce₂(C₂O₄)₃[(15)G. J.Zhang，Z.R.Shen，M.Liu，C.H.Guo，P. C.Sun，Z.Y.Yuan，B.H.Li，D.T.Ding and T. H.Chen，J. Phys.Chem.B，2006，110，25782；(16)R.J.La，Z.A.Hu，H.L.Li，X.L.Shang，Y.Y.Yang，Mater.Sci.Eng.A，2004，368，145.]等合成CeO₂一维纳米材料。合成方法有水热法[(9)，(10)，(12)，(15)，(17)X.Liu，K.Zhou，L.Wang，B.Wang，Y.Li，J. Am.Chem.Soc.2009，131，3140-3141；(18)C.Sun，Hong Li，H.Zhang，Z.Wang，L.Chen，Nanotechnology，2005，16，1454-1463；(19)B.Tang，L.Zhuo，J.Ge，G. Wang，Z.Shi，J.Niu，Chem.Commun.，2005，3565-3567.]、回流法[(11)(14)]、溶胶凝胶法[(20)G.S.Wu，T.Xie，X.Y.Yuan，B.C.Cheng，L.D.Zhang，Mater.Res.Bull.2004，39，1023-1028.]、微乳法[(21)M Ge，C.Guo，L. Li，B.Zhanga，Yi.Feng，Y. Wang Mater.Lett.，2009，63，1269-1271；(22)F.Gu，Z.Wang，D.Han，C.Shi，G. Guo，Mater.Sci.Eng.B，2007，139，62-68.]、电化学沉积法[(23)X.Lu，D.Zheng，J.Gan，Z.Liu，C.Liang，P. Liu，Y. Tong，J.Mater.Chem.20(2010)7118-7122；(24)X.Lu，D.Zheng，P.Zhang，C.Liang，P. Liu，Y.Tong，Chem.Commun.，2010，46，7721-7723；(25)G.R.Li，D.L.Qu，Y.X.Tong，Elect.Commun.，2008，10，80-84.]、热分解法[(26)A.Ahniyaz，Y.Sakamoto，L. Bergstrom，Cryst.Growth.Des.，2008，8，1798-1800.]。但是有关CeO₂纳米带的合成仅有电化学沉积法[(22)]和微乳液法[(25)]。在广泛应用的水热法或溶剂法中，采用的体系有强碱水溶液体系、草酸盐水溶液体系、尿素水溶液体系、表面活性剂水溶液或溶剂热体系。至今没有报道在同一个体系可控合成一维二氧化铈多种形貌的方法。因此，从一维纳米CeO₂的合成来看，需要发展一种简便、低成本、且能批量生产的合成方法，以适应国民经济发展和工业化生产的需要。