[发明专利]多孔中空亚微米级的氧化铈微胶囊的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铈微胶囊的制备方法，具体涉及一种亚微米级的氧化铈微胶囊的制备方法，以不同种类的硅藻为模板合成有序微米孔和无序介孔的氧化铈微胶囊，该材料在催化、缓释等领域中有着广阔的应用前景。

背景技术

微纳米多孔中空氧化物微胶囊材料一直吸引着科学界的关注，当其具有的微纳孔构建成良好的层层嵌套结构时，将会体现出特殊的吸附性能，不但能吸附大量反应溶液，更能快速把反应分子传输到各个活性位点进行反应。纳米级的孔道可增加对反应物的吸收，微米孔道可形成的大的传输管道，这两者的组合可形成类似多个微纳米反应器的效果。稀土材料因其具有较为特殊的4f电子层，表现出了独特的光学及电学性能，而氧化铈是稀土氧化物中一种极为重要的多功能材料，且氧化铈中存在Ce⁴⁺和Ce³⁺两种可变价态，较易发生氧化还原的循环，表现出强烈的储放氧能力及催化能力。其禁带宽度为3.2 eV且不易因光照而产生毒性的分解物，因此适合作为光催化剂。氧化铈中暴露的(111)活性晶面，是多种氧化还原反应的主要进行场所。具有特殊微纳米中空结构的氧化铈在光化学、储放氧、能源转化、缓释、传感等诸多领域都有广泛的应用。

鉴于这类多孔中空氧化铈材料具有的巨大潜在应用价值，人们对其的制备研究产生了极大的兴趣。目前制备亚微米级的多孔中空结构氧化铈的方法有过不少报道，如Yang等在2010年以CO(NH₂)₂作为沉淀剂，利用水热反应，以奥斯特瓦尔德熟化驱动，制得氧化铈中空结构。而2013年，Liu等在CrystEngComm上发表文章，通过类似反应，制备得到氧化铈中空球。这些实验所制备的氧化铈中空结构都较为粗糙，只是简单纳米颗粒的堆积，且步骤繁琐、工艺复杂。

自然界存在着各种由生物大分子自组装而成的特殊多孔结构，而以这些微纳米结构为模板制备各种具有特殊性能的微纳米材料是一种简单环保的材料制备方法，该方法具有成本低廉、可利用自然生物增殖来扩大化生产等优点。经过了多年的发展，科学工作者利用天然生物结构为模板，得到了多种新奇的高性能材料。2012年，Zhuang等在Catalysis Communications上报道以花粉为模板制备掺杂铜的TiO₂中空球，这一材料具有良好的光催化活性。Zampieri等则是利用丝瓜的经络制备出了具有仿生形貌分级多孔沸石材料，并将之用以作为催化的微反应器。因此，可以看到生物模板在制备微纳米多孔中空材料方面有较大的优势，其本身所含的蛋白质、核酸等大分子能自组装成各种复杂多变，孔道丰富的结构，找到适合的生物结构，即可用以制备精巧有序的多孔中空氧化铈材料。

硅藻是最常见的浮游生物，多为单细胞生物，其细胞外覆硅质细胞壁具有天然的纹理和丰富的多重孔道结构，并多呈有序对称排列，其培养增殖技术都较为成熟，不同种的硅藻具有不同的精美中空结构，是天然的模板剂，本发明将其用来生产亚微米级的多孔中空氧化铈微胶囊。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新颖的用于制备多孔中空亚微米级的氧化铈微胶囊的方法，成本低廉，工艺简单，生产出的材料带有特殊仿生形貌，大量暴露氧化铈的（111）活性晶面，因而具有较高的催化性能。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

多孔中空亚微米级的氧化铈微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

S1、将NaNO₃、KH₂PO₄、Na₂SiO₃溶解于水中配制成混合溶液，并将混合溶液于0.1MPa蒸汽压下处理15-30min以进行灭菌处理，得到液体培养基，然后将富含硅藻的天然水体稀释，并用吸管滴一滴在载玻片上，在显微镜下观察，用移液枪将要分离的硅藻吸出重新滴在载玻片上，用显微镜观察水滴中是否只有一种藻，如不是，重复以上操作，直到达到单种分离，然后把吸出的藻冲到试管中，接种到灭菌冷却后的液体培养基中置于光照培养箱内封口培养；

S2、每隔8小时从培养基中取样，涂布到载玻片上，置于荧光显微镜下镜检，观察硅藻的数量和大小，当硅藻进入目标生长期后，将培养液取出，离心分离并对产物重复洗涤，得到预处理过的硅藻；

S3、将步骤S2得到的预处理过的硅藻置于水溶液中，确保硅藻完全没入水溶液中，调节水溶液的pH值为1，再向水溶液中加入铈盐水溶液，浸渍48h-96h；