[发明专利]一种二氧化铈纳米片及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种二氧化铈纳米片及其制备方法和用途，所述制备方法包括如下步骤：(1)采用碱性溶液沉淀硝酸铈水溶液，得到氢氧化铈纳米片前驱体；(2)干燥、焙烧步骤(1)所得氢氧化铈纳米片前驱体，得到二氧化铈纳米片；步骤(1)所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱性溶液中氢氧根离子与所述硝酸铈水溶液中硝酸铈的摩尔比为(8‑27):1。本发明所得到的二氧化铈纳米片可作为多种纳米金属载体，在能源、环境及催化领域极具应用前景。本发明具有无需水热等反应的高温高压设备、不添加任何有机修饰剂或有机溶剂，环境友好、反应条件温和、成本低等优点，有利于工业化放大生产。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域领域，涉及一种纳米复合材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种二氧化铈纳米片及其制备方法和用途。

背景技术

Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原转变以及丰富的氧空位，使纳米二氧化铈作为催化剂以及催化剂载体在能源、环境及催化等领域中具有广泛的应用。纳米二氧化铈的催化活性与其暴露的晶面密切相关，做为催化剂及催化剂载体，二氧化铈的(100)、(110)晶面具有较(111)晶面更高的活性，因此制备暴露高活性晶面的纳米二氧化铈称为研究的热点。目前制备纳米二氧化铈的方法主要有沉淀法、水(溶剂)热法、溶胶凝胶法、微乳液法等。

刘子恩等发表了题为不同结构类型贵金属-二氧化铈纳米材料的制备及催化性能的文章(科学通报,2015(24):2288-2303)，该文章指出纳米CeO₂是一种性质独特的稀土氧化物，具有优异的催化活性、良好的热稳定性和化学稳定性以及电子、氧空位传递能力，常被用作贵金属催化剂的载体来提升材料的催化性能。贵金属-二氧化铈(M-CeO₂)复合催化剂被广泛应用于CO催化氧化、水煤气转换、NO_x还原以及固态氧化物燃料电池等领域，对治理环境污染和解决能源危机做出了重要贡献。CeO₂与贵金属之间存在复杂的相互作用，这种相互作用对M-CeO₂复合催化剂的催化性能有重要影响，而M-CeO2的结构类型与这种相互作用之间有着密切的关系，不同的结构类型会影响催化剂的稳定性、活性和选择性等。

严纯华等发表了题为Shape-selective synthesis and oxygen storagebehavior of ceria nanopolyhedra,nanorods,and nanocubes的文章(Journal ofPhysical Chemistry B,2005,109(51):24380-24385)，该文章以水热法制备了暴露不同晶面的多面体、立方体以及纳米棒结构的二氧化铈。

CN 101407330 B提出了一种制备纳米二氧化铈纳米棒的方法，该方法制备的二氧化铈具有较高的比表面积和一氧化碳催化活性，但该方法反应周期长、所得的二氧化铈结晶性差。研究发现，片状结构二氧化铈表面存在大量的缺陷、具有较高的比表面积和更多的活性位点，表现出较高的催化活性。

CN 105668606 A以六水硝酸铈、油酸钠、油胺、三辛胺等为原料在360℃高温下制备了正方形二氧化铈纳米片；制备过程使用大量的油溶性溶剂并且需要高温高压等设备，存在能耗高、污染严重、安全性等问题。

CN 106186036 B以六水硝酸铈、氟硼酸钠、氢氧化钠等为原料，通过水热反应制备了厚度8-10nm、边长50-60nm的六边形二氧化铈纳米片。但该方法制备的二氧化铈纳米片不仅厚度高，且反应时间长，能耗高。

CN 101734706 A和CN 103991891 B均采用沉淀法制备出了片状纳米二氧化铈，但所得的纳米二氧化铈片厚度较大，比表面积低。