[发明专利]一种黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法，属于氧化铈纳米材料制备相关技术领域，本发明提供的一种黑色二氧化铈纳米材料的制备方法，包括：将铈盐溶液与碱液混合并搅拌，获得沉淀物；所述铈盐溶液与碱液的摩尔浓度比为1∶100‑200；将所述沉淀物加入液氮中进行低温处理获得蓝色晶体；将所述蓝色晶体进行解冻和干燥处理，获得黄色氧化铈；将所述黄色氧化铈于500℃～800℃的温度下与氢气条件下进行还原反应，获得室温条件下稳定的黑色二氧化铈纳米材料。通过该方法制得的黑色二氧化铈纳米材料具有优异的光热转化效率、废气催化处理、二氧化碳催化还原等应用价值。

技术领域

本发明属于氧化铈纳米材料制备相关技术领域，具体涉及一种黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法。

背景技术

氧化铈表面氧空位具有较强的储存、释放氧功能，因此作为一种具有强氧交换能力的催化剂，在石油化工、汽车尾气污染物处理中使用比较广泛。在温和条件可以进行氧化反应，比如烷烃的C-H键活化、CO氧化、甲烷氧化耦联等反应等，但是在常温条件下活性低；其高温条件下活性高，但易产生积碳，催化剂高温烧结、及造成大量能耗等问题，需要设计制备出具有更优异催化性能的催化材料。

研究表明，纳米催化剂的性能与其形貌、尺寸大小相关。其中，材料的颜色与其表面氧空位、光吸收等物理化学性质相关。黑色纳米材料具有许多特殊的物理以及化学性质，黑色材料与浅色相比其光吸收增强，光热转化效率增强。同时黑色材料可能拥有更多的氧空位，因而具有更好的催化效果。因此，如何制备黑色纳米材料已成为近年来纳米领域的研究热点之一。

目前实验研究中发现采用光热高温氢气还原，还原过程中可以生成黑色纳米二氧化铈，但是反应结束，氧化铈从还原性气氛中取出后会立刻被氧化，变成白色或者浅黄色。过程中氧化铈在高温还原气氛下被还原，生成大量的氧空位，但是氧空位并不稳定，室温条件下氧空位会被快速氧化。因此氧化铈的颜色会立刻由黑色变成白色。研究者实验研究发现，可以通过加有机配体，稳定氧化物表面的活性电子、活性空位，从而使氧化物保持黑色(Modification of TiO₂ Nanoparticles with Organodiboron Molecules lnducingStable Surface Ti³⁺ Complex，org/10.1016/j.isci.2019.09.024)。

然而，进一步的研究表明，上述现有方案仍然具备以下的缺陷或不足：首先，这类方法较为复杂，能耗大；其次，它们通常需要使用有机配体，价格较贵，不易实现大量生产，而且这些有机配体不耐高温，容易造成二次污染。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究改进，以便更好地满足绿色、高效率等多个技术方面的需求。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法。

本发明实施例提供一种一种黑色二氧化铈纳米材料的制备方法，包括：

将铈盐溶液与碱液混合并搅拌，进行第一反应，获得沉淀物；所述铈盐溶液与碱液的摩尔浓度比为1∶100-200；

将所述沉淀物置于液氮中进行低温处理，获得蓝色晶体；

将所述蓝色晶体进行解冻、洗涤、离心和干燥处理，获得黄色氧化铈；

将所述黄色氧化铈于500℃～800℃的温度下与还原剂进行第三反应，获得黑色二氧化铈纳米材料。

进一步地，所述碱液包括如下至少一种：NaOH、KOH。

进一步地，所述铈盐包括如下至少一种：六水合硝酸铈、乙酸铈。

进一步地，所述六水合硝酸铈的摩尔浓度为0.11mol/L～0.12mol/L。