[发明专利]一种CeO2-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法

说明书

本发明一种CeO₂‑石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法。通过溶胶‑凝胶工艺，采用水热还原法或化学还原法，将稀土氧化物CeO₂与石墨烯气凝胶复合，最终制备出具有优异、高效的催化性能的CeO₂‑石墨烯气凝胶复合材料。其中，纳米氧化物颗粒的负载改善了石墨烯片层间的团聚，而石墨烯气凝胶作为载体，为活性组分提供了更多的催化活性位点，并提高了活性氧化物纳米粒子的分散性，使活性组分更加充分的接触反应物。这种催化剂材料可以有效解决单组分材料的缺陷，从而大幅提高催化效率。所制备的CeO₂‑石墨烯气凝胶催化剂材料比表面积为138～187m²/g，NO催化转化率为86～95％。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种具有疏水、低密度、高比表面积、并具有催化活性的CeO₂-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法。

背景技术

稀土氧化物CeO2由于具有较低禁带宽度、成本低、稳定性好以及无毒等优点在催化领域被广泛应用，然而氧化铈颗粒的团聚现象限制了其发展。气凝胶材料是世界上已知的密度最低的人造物质，有“固态烟雾”之称。除了极低的表观密度之外，气凝胶还具有高孔隙率、极低的热导率和大比表面积等特点。在很多领域具有广泛的应用前景，如隔热材料、隔音材料、光学器件、超级电容器等。然而，气凝胶的高孔隙率使得这种材料非常脆弱，在实际应用环境中的力学性能差，这严重限制了气凝胶在很多领域中的应用。石墨烯拥有较高的机械强度和极大的理论比表面积，表面的大量官能团和活性位点及良好的疏水性使其可用作吸附剂、催化剂等材料。但由于石墨烯片层间存在强烈的π-π键致使石墨烯在水溶液中极易团聚，实际的比表面积远小于理论值。三维石墨烯气凝胶继承了石墨烯和气凝胶的优异性能，表面又具有众多催化活性位点，因此在催化领域受到了广泛注意。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种CeO₂-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法。

本发明基于石墨烯气凝胶高孔隙率、大比表面积、高电子迁移率、具有催化活性位点以及CeO₂优异的氧化还原能力和较高的储氧能力等优势，通过溶胶-凝胶工艺，水热还原法或化学还原法，将稀土氧化物CeO₂与石墨烯气凝胶复合，制备出具有优异、高效的催化性能的CeO₂/石墨烯气凝胶催化剂材料。纳米稀土氧化物颗粒的负载改善了石墨烯片层间的团聚，而石墨烯气凝胶作为载体，为活性组分提供了更多的催化活性位点，并提高了活性氧化物纳米粒子的分散性，使活性组分更加充分接触反应物。这种催化剂材料可以有效解决单组分材料的缺陷，从而大幅提高催化效率。所制备的CeO₂/石墨烯气凝胶催化剂材料比表面积为138～187m²/g，NO催化转化率为86～95％。

本发明的技术方案为：一种CeO₂-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将氧化石墨烯GO在搅拌的过程中均匀分散于去离子水中，搅拌均匀得到氧化石墨烯水溶液；

(2)向步骤(1)中的氧化石墨烯水溶液中滴加氨水调节pH，搅拌使之完全混合，得到混合溶液A；

(3)将铈盐在搅拌的过程中分散于去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液B；

(4)将步骤(3)中的B溶液滴加到步骤(2)中的A溶液中，室温下搅拌一段时间，并超声分散一段时间，得到混合分散液；

(5)将步骤(4)中的分散液倒入水热反应釜内胆中，在一定温度下水热反应一段时间，得到CeO₂-石墨烯水凝胶；

(6)将步骤(5)中的CeO₂-石墨烯水凝胶从炉内取出，放入去离子水中老化，每隔一段时间更换一次去离子水进行溶剂置换；