[发明专利]一种介孔二氧化铈空心球或介孔二氧化铈/碳复合材料空心球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔二氧化铈空心球或介孔二氧化铈/碳复合材料空心球及其制备方法，包括以下步骤：1)将一种铈盐和一种有机酸按照一定的物质的量之比溶解在蒸馏水中，制成混合溶液；2)将混合液置于微波水热仪中于一定温度下反应一段时间，反应结束后抽滤洗涤，80℃干燥得到空心球型二氧化铈先驱体；3)干燥后的先驱体在气氛中，一定温度下热处理，并保温一段时间，得到多孔二氧化铈空心球或者二氧化铈/碳空心球粉体。本发明制备的介孔二氧化铈(/碳)空心球粉体具有相组成可控、球体直径可控、壁厚可控的特点。同时，该方法成本低、制备工艺简单、效率高且易于控制。

【技术领域】

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种介孔二氧化铈空心球或介孔二氧化铈/碳复合材料空心球及其制备方法。

【背景技术】

CeO₂是一种廉价的稀土材料，其具有良好的结构稳定性和催化性能，较强的氧化-还原性能。

目前，制备氧化铈空心球(CeO₂)的常用方法有两种：一种为模板法。如张昔玉等人以酵母菌、硫酸高铈、氢氧化钠、乙醇、酸性橙等试剂制备出了CeO₂空心微球；李亚栋等将葡萄糖制成多聚糖微球，以此为模板，硝酸铈为试剂，经煅烧制得了CeO₂纳米空心球；江学良等人以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、水、甲醇、硝酸铈为原料，经煅烧制得了CeO₂空心微球；模板法制备的CeO₂空心微球均匀性较好，但后期需专门去除模板，过程复杂。另一种是液相法，通常为水热反应。如马晶晶等人以六亚甲基四胺、柠檬酸、水、硝酸铈为原料，制得了双层CeO₂空心微球；如高濂等人以油酸、硝酸铈、甲苯、水等制备出了CeO₂空心纳米立方体；普通水热反应过程需加入表面活性剂、碱性物质或者有机溶剂，污染环境，反应时间久，操作复杂。

目前，尚未有在同时无碱性物质、无表面活性剂存在下，直接合成不同尺寸、不同壁厚、分散性好的纳米CeO₂空心球粉体方面的相关报道。

【发明内容】

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种介孔二氧化铈空心球或介孔二氧化铈/碳复合材料空心球及其制备方法，该方法具有成本低、制备工艺简单且易于控制和环保节能高效等优点，且空心球型粉体的相组成可控、直径可调、壁厚可调。

本发明是通过以下技术方案来实现：包括以下步骤：

1)将铈盐和有机酸按照物质的量之比为(1～1.5)：(0.1～3)溶解在蒸馏水中，充分搅拌制得混合溶液；

2)将混合溶液在150～200℃下反应1s～10min，反应结束后抽滤洗涤并干燥得到空心球型二氧化铈前驱体；

3)在气氛中，将空心球型二氧化铈前驱体在280～1000℃保温0.5～4h，然后冷却至室温，得到介孔二氧化铈空心球或介孔二氧化铈/碳复合材料空心球。

进一步地，步骤1)中的铈盐为六水合硝酸铈、氯化铈、硫酸铈或溴化铈。

进一步地，步骤1)中的有机酸为一水合柠檬酸、乳酸、苹果酸或草酸。

进一步地，步骤1)中充分搅拌的时间为0.5～4h。

进一步地，步骤1)的混合溶液中铈盐和有机酸的总浓度为0.05～2mol/L。

进一步地，步骤2)中反应结束后抽滤洗涤3次，在80℃干燥1～24h得到空心球型二氧化铈先驱体。

进一步地，步骤3)中气氛为空气、N₂或Ar；气氛为空气时，得到二氧化铈空心球；气氛为N₂或Ar时，得到介孔二氧化铈/碳复合材料空心球。