[发明专利]一种氧化铝担载型二氧化铈粉体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体地涉及一种氧化铝担载型二氧化铈粉体材料的制备方法。

背景技术

氧化铈(CeO₂)作为一种性能优异的新型功能材料，在新兴技术、环境和能源问题上起到了很关键的作用，比如去除汽车尾气中的氮氧化合物，利用其高的氧空位迁移率和离子电导率来制备固体氧化物燃料电池的电极，利用它独特的电子结构在化妆品行业以及玻璃制造业中吸收紫外线、制作集光器件和光学显示器等等。Ce³⁺/Ce⁴⁺间的电极电动势较低，而CeO₂材料是一种半开放的萤石晶体结构，所以CeO₂可以在保持其晶体结构稳定的前提下，当处于贫氧的外界环境时就会释放O₂，而当处于富氧环境时，则吸收O₂。由于CeO₂材料具有储放氧气的能力，因此在多相催化过程中可以使气相中的氧物种通过CeO₂的“呼吸作用”转移到固体表面，从而促进了催化过程的进行。因此对氧化铈为基础的催化材料的研究具有十分重要的价值。另外，伊朗TarbiatModares大学的Hassanzadeh-Tabrizi等人于2011年烧结制备了Al₂O₃-CeO₂复合材料。研究表明，相比单纯的Al₂O₃，CeO₂的添加抑制了Al₂O₃晶粒的生长，增加了28％的断裂韧性和17％的挠曲强度，表明CeO₂在提高Al₂O₃力学性能方面也有较好的应用前景(JournaloftheAmericanCeramicSociety，2011，94(10)，P3488-3493)。

将CeO₂纳米粒子分散在陶瓷支撑体上的方法，被认为是一种有效提高CeO₂氧容量，增加烧结性和陶瓷复合材料的机械性能的方法。普遍的分散方法有：球磨、浸渍法、溶胶凝胶法，这些方法都比较耗时，并且常常导致较差的分散效果或者产出有毒的液体废料。2014年，伊朗IslamicAzad大学的Pournajaf等人通过反相微乳液法合成了Al₂O₃-CeO₂纳米复合材料粉末，此方法通过改变十二烷基硫酸钠、溴化十六烷基三甲基铵和聚氧乙烯十二烷基醚的表面活性来调整粉末的尺寸和形态，但是也会造成费时、污染环境的问题。另一方面，合成CeO₂的前驱体和溶液的影响十分复杂，因此重复性很差(CeramicsInternational，2014，40(3)，P4933-4937)。化学气相沉积法是较为新颖的办法使纳米颗粒分散在支撑体上，在旋转CVD炉膛中，保证了粉末、反应气之间的充分接触，获得均匀分散的纳米粒子。相比于一般的化学湿选法，化学气相沉积法的优点是不使用溶液，因此避免了后处理过程以及对环境的污染问题，其重要影响因素为包括前驱体进料速率、送氧速率、旋转速度等，通过上述条件来调整容量和颗粒的大小。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种氧化铝担载型二氧化铈粉体材料的制备方法，其为一种在氧化铝陶瓷粉体表面担载二氧化铈纳米粒子的方法，通过改变有机原料和氧的反应的实验参数，来控制获得的复合材料的颗粒尺寸和微观形貌，减少有毒废物的排放量。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种氧化铝担载型二氧化铈粉体材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)以铈金属有机前驱体作为CeO₂原料，在原料蒸发器中加热蒸发，加热温度范围为100～300℃；

(2)将Al₂O₃粉体进行在干燥和过筛预处理，然后将预处理后的Al₂O₃粉体放置于化学气相沉积反应室内，抽真空至5～20Pa，进行预热，预热温度为500～800℃；

(3)向旋转反应器内通入氧气、氩气和蒸发的CeO₂原料的混合气体，在高温条件下进行旋转气相化学沉积，使铈金属有机前驱体分解为CeO₂，并沉积到Al₂O₃粉体上；