[发明专利]一种高分散氧化铈纳米溶胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种高度分散氧化铈纳米溶胶及其制备方法和应用。含有可溶性铈盐、螯合剂、氨水和任选存在或不存在的H₂O₂的水溶液，经回流反应和后处理，将得到的产物分散于水中，得到水相氧化铈纳米溶胶；再用表面活性剂处理，有机溶剂萃取得到油溶性氧化铈纳米溶胶。该方法具有操作简单、条件温和、成本低廉、原料多样且易得的优点。制备的氧化铈纳米溶胶粒径可控、比表面积大、紫外吸收能力强、在水相或油相中分散性好，可用作高分子材料的紫外屏蔽助剂。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种高分散氧化铈纳米溶胶及其制备方法和应用。

背景技术

氧化铈(CeO₂)作为研究最广泛的稀土金属氧化物之一，有着独特的4f电子结构和优越的电学、光学性能，广泛应用于光催化、防腐涂层、气体传感器、抛光材料、燃料电池等领域。同时，氧化铈的禁带宽度为2.94eV，比ZnO(3.37eV)和TiO₂(3.2eV)窄，其光吸收阈值约为420nm。理论上来说只要波长小于420nm的光，都可以被CeO₂吸收，而且CeO₂的折射率较低，因此也被用作无机紫外屏蔽助剂。

纳米材料由于尺寸减少，与传统材料相比，具有一系列特殊的物理化学性质，如体积效应、表面效应、量子尺寸效应等，日益受到人们的关注。当二氧化铈的尺寸进入到纳米级别，其不仅保留了稀土元素具有的独特电子结构，还具有更大的比表面积，更丰富的表面电荷迁移，可以有效增强其紫外光吸收能力。但氧化铈纳米材料往往粒径不均一，且由于纳米粒子表面活性的增强而易于团聚，不利于光电性能的提升和实际应用。因此，对于粒径可控，高度分散性的氧化铈纳米材料的制备方法的研究，对于推广其在工业生产上的应用显得越发关键。氧化铈纳米材料可通过多种方法制备，如化学沉淀法、水/溶剂热法、模板法等。

Yamashita等(Yamashita M.,Kameyama K.,Yabe S.,Yoshida S.,Fujishiro Y.,Kawai T.,Sato T.,J.Mater.Sci.,2002,37,683-687)将三氯化铈和氯化钙的混合溶液在pH为12的NaOH溶液中反应得到前驱产物，再通过双氧水氧化得到钙掺杂二氧化铈纳米材料。

Arita等人(Arita T.,Yoo J.,Adschiri T.,J.Phys.Chem.C,2011,115,3899-3909)采用氢氧化铈水溶液为铈源，有机烷酸作为表面活性剂，在高温高压的严苛条件下水热合成均一的、油溶性氧化铈纳米颗粒。

目前的制备方法仍存在的不足之处是，难以兼顾简单、温和的制备过程和对氧化铈纳米材料粒径可控、分散性好的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分散的氧化铈纳米溶胶及其制备方法和应用。

本发明提供一种水相氧化铈纳米溶胶的制备方法，其包括如下步骤：含有可溶性铈盐、螯合剂、氨水和任选存在或不存在的H₂O₂的水溶液，经回流反应和后处理，将得到的产物分散于水中，得到水相氧化铈纳米溶胶。

根据本发明的实施方案，所述可溶性铈盐为硝酸铈、乙酸铈和硝酸铵铈等中的至少一种，例如为硝酸铈或硝酸铵铈。

根据本发明的实施方案，所述螯合剂为醋酸铵、柠檬酸三钠和乙二胺四乙酸二钠等中的至少一种，例如为醋酸铵、柠檬酸三钠或乙二胺四乙酸二钠。

根据本发明的实施方案，所述可溶性铈盐与所述螯合剂的摩尔比为1:(0.8-1.3)，例如1:(0.9-1.2)，示例性为1:1。

根据本发明的实施方案，先将可溶性铈盐溶解于水中，配制得到前体溶液A；再将螯合剂溶解于水中，配制得到前体溶液B；搅拌条件下将前体溶液B滴加至前体溶液A中，而后向混合液中加入氨水和任选存在或不存在的H₂O₂。