[发明专利]孔径可调的多孔二氧化铈纳米棒的合成方法

说明书

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》(JOURNAL OF 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，0.1～0.5克三嵌段聚合物F127(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO₂₀PO₇₀EO₂₀，M_w＝12600)，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。

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。

附图说明

图1为本发明实施例1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(JCPDS card no.80-1503)；(c)为多孔CeO₂纳米棒的XRD图谱；(d)为CeO₂的标准XRD图谱(JCPDS card no.81-0792)。

图2为本发明实施例1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1产物的氮气吸附/脱附及BJH孔径分布图。

具体实施方式

实施例1：

称取三嵌段聚合物F127(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，EO₂₀PO₇₀EO₂₀，M_w＝12600)0.1克，溶解于30mL无水乙醇，加入2mL甲酰胺，然后加入1mmol Ce(NO₃)₃·6H₂O，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℃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℃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。