[发明专利]一种水介质分散铈锆氧化物纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土铈基氧化物纳米材料，特别是涉及一种铈锆氧化物纳米材料。

背景技术

铈锆氧化物，或氧化铈与氧化锆的共溶体氧化物，是一种稀土铈基复合材料，在工业上有着广泛用途。例如，用作光学玻璃、石英玻璃、半导体、LED的抛光材料，化妆品、纺织物、透光玻璃的紫外屏蔽材料，特种板材的表层热障或耐磨材料，燃料电池阳极的催化促进剂，负载型催化剂的载体或助催化剂，以及储氢、传感、发光、陶瓷等材料的改性剂。

铈锆氧化物在工业上的大部分用量是用作机动车尾气净化三元催化剂的储氧/释氧材料，该材料源于Ce³⁺/Ce⁴⁺的可逆变价，当尾气中富氧时吸氧、贫氧时释氧，即维持动态氧平衡以扩大空/燃比窗口，使得氧化除去CO、HC及还原去除NOx的反应可同时发生。因此，铈锆氧化物被认为是三元催化剂的关键材料。此外，铈锆氧化物还用于柴油燃烧催化剂以及柴油车尾气净化催化剂的改性剂，有利于降低NOx及颗粒物排放。

    为了增强铈锆氧化物各种用途的功能或性能，人们对其合成方法进行了广泛研究，并将研究重点从合成或制备微米级颗粒材料转移至纳米级材料。

专利文献CN 101696034（2010. 04. 21）公开了“一种纳米氧化铈和氧化锆固溶体的制备方法”，其中将铈锆盐类溶液与氨水溶液反应生成沉淀，经陈化、洗涤、过滤，滤饼溶于硝酸并加入表面活性剂回流得到胶体，经干燥、400~900℃焙烧3~5h得到产物材料。

专利文献CN 1449863 （2003. 10. 22）公开了“一种纳米铈锆基复合氧化物及其制备方法”，其中将铈、锆及其它金属的硝酸盐水溶液与含过量双氧水的氨水溶液反应生成沉淀，经陈化、过滤、干燥后在500~1000℃焙烧2~6h获得产物材料。

专利文献CN 102407100（2012. 04. 11）公开了“纳米铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法”，其中将经乳化作用得到的铈锆硝酸盐层状液晶与氨水层状液晶混合得到前驱体，将前驱体在80~120℃干燥8~12h，450~800℃焙烧4~8h制得产物材料。

专利文献CN 103316657（2013. 09. 25）公开了“一种高性能铈锆纳米复合氧化物制备方法”，以铈、锆的硝酸盐和其它可溶盐为原料采用共沉淀法制备铈锆复合氧化物，其中用真空烘干除水，在氮气氛下600-800℃焙烧1-2h、空气中300-500℃焙烧2-3h得产物材料。

    以上专利文献的主要特征，包括用铈锆的盐水溶液与碱水溶液反应生成沉淀，以及经过干燥、高温焙烧步骤获得产物材料。但经过干燥、焙烧后的铈锆氧化物为微米级颗粒材料，通常会结块，难以具备纳米特性，在用于包括储氧材料在内的各种功能用途时需要进行球磨，而球磨操作繁硕、费时，由于是机械破碎，得到的颗粒粒度分布宽，形状不规整，难以达到理想效果（粒度大小、粒度分布、颗粒形状直接影响材料性能）；同时球磨常用钢玉（α-Al₂^-O₃）或锆石(ZrO₂)，可能磨掉一部分掺进材料中而改变组成。若将球磨后的材料用于抛光，不规整的形状对基材表面易于造成划痕，难以得到精密的抛光效果。

    期刊文献Advanced Materials 2007, 19, 4500-4504(C.S.Wright et al., DEC 2007) 报道了“纳米晶氧化铈-氧化锆混合氧化物的一步水热合成”，其中将铈、锆的氯化物、无机碱类以及H₂O₂或NaBrO₃分别配制成水溶液，充分混合后于240℃水热合成24h，冷却后得到固体产物，经抽滤、80℃水洗，50℃干燥，得到成品铈锆氧化物纳米颗粒团聚物，经TEM观测颗粒尺寸为4~10nm；其用于催化材料的有益效果是因包含钠杂质，在约190℃出现还原峰。