[发明专利]一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体粉末材料制备技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法。 

背景技术

稀土元素由于具有独特的4f电子，其化合物具有特殊的光、电、磁性质。其中，萤石型结构的氧化铈及其固溶体，具有较强的储氧和释氧能力及高温离子导电率等性能，在催化、能源、电子学、磁学、超导、光学能诸多领域具有巨大的发展潜力。尤其是微纳氧化铈粉体，具有Ce⁴⁺/Ce³⁺两种氧化态（Ce³⁺ Ce⁴⁺+e）。在贫氧或还原条件下，氧化铈表面的一部分Ce⁴⁺被还原成Ce³⁺，并产生氧空位，形成一系列的具有氧缺陷结构的CeO_2-x化合物，提供CO和HC氧化所需要的氧。在富氧或氧化条件下，Ce³⁺可被氧化成Ce⁴⁺，从而CeO_2-X转化为CeO₂，实现储存氧、还原汽车尾气中的NO_x的目的。作为高比表面积的介孔氧化铈粉体，还具有规则的孔道结构、良好的化学稳定性及对高的负载金属分散度等独特的性能，表现出极强的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，在燃料电池电极、汽车尾气三效催化剂与催化加氢反应等方面凸显出广阔的应用前景。 

纳米氧化铈的制备研究可以追溯至上世纪80年代末，采用的方法主要包括机械化学法、沉淀法、电化学法、溶剂热法、水热法等。从20世纪70年代开始， 模板法逐步发展起来，该方法相对简单、可控性强，目前已成为合成微纳米多孔材料的主要合成方法。依据液晶模板机理，合成介孔氧化铈需加入模板剂作为结构导向剂，通过模板剂的协同作用或分子自组装以及无机前驱体与模板剂分子之间的相互作用，形成稳定的分子聚集体，随后利用煅烧或溶剂萃取等方法将协同模板剂去除，最终形成介孔结构。Zhang等利用硝酸铈作为铈源，选定十六烷基三甲基氯化铵为模板剂。该方法合成的介孔氧化铈为均一萤石结构，孔道均匀。但是其合成过程需在pH值在11环境下晶化5天，反应时间较长，影响了该方法的进一步推广与应用（J.H. Zhang, Y.Q. Yang, J.M. Shen, J.A. Wang. Mesostrcutured CeO₂ and Pd/CeO₂ nanophases: Templated synthesis, crystalline structure and catalysis properties. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2005, 237 (1-2): 182-190）。于强强等采用聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段聚合物做模板剂，以正硅酸乙酯为硅源水热合成具有介孔结构的SBA-15分子筛，再以其为硬模板、蔗糖为碳源合成具有有序介孔结构的CMK-3碳材料。最后将CMK-3浸渍于硝酸亚铈溶液中，经过干燥、焙烧，合成具有介孔结构的氧化铈粉体。SBA-15分子筛的制备需在550℃下焙烧5h，而CMK-3碳材料需要在650℃下恒温4h完成碳化过程（于强强, 刘玉良, 何涛, 索掌怀. 介孔二氧化铈材料的合成与表征. 烟台大学学报, 2010, 23(3): 172-175）。杨儒使用硫酸铈作为铈源，选定三乙胺和聚乙二醇作模板剂，合成的介孔氧化铈粉体孔径约为5nm左右（杨儒, 刘建红, 李敏. 非表面活性剂合成CeO₂介孔材料. 中国稀土学报, 2004, 22 (6): 739-745）。谭宁会等以硫酸高铈、二乙烯三胺为原料，氨水做沉淀剂，反应温度为80℃，陈化时间长达12h，合成介孔氧化铈（谭宁会, 刘应亮, 徐丽. 沉淀法制备介孔二氧化铈. 暨南大学学报, 2010, 31 (1): 67-70）。如何进一步简化合成路径，并实现孔径的控制、增加粉体的比表面积，进而提升其催化性能，是需要解决的主要问题。 

发明内容

    本发明的目的在于提供一种成本低、操作简单且易于控制的介孔氧化铈粉体的制备方法。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法，

用由乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液与Ce(NO₃)₃·6H₂O作用，形成凝胶；将凝胶煅烧，获得浅黄色介孔氧化铈粉体。