[发明专利]一种特定混合价态的氧化铈的制备方法

说明书

本发明属于无机材料制备技术领域，具体是一种特定混合价态的氧化铈的制备方法，包括以下步骤：(1)在不断搅拌的条件下，将络合剂和模板剂先后加入到三价铈盐水溶液中，得到混合溶液；然后向混合溶液中加入pH值调节剂，至混合溶液的pH值为2～6；(2)继续搅拌10‑60分钟，固液分离，烘干，获得氧化铈粉的前驱体；(3)将氧化铈粉的前驱体在200～500℃下进行喷雾焙烧，采用惰性气体将焙烧后的产品冷却，获得三价铈质量含量为60％、四价铈质量含量为40％的氧化铈粉。本发明可以制备出特定混合价态的氧化铈，其具有较好的紫外屏蔽效果。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，主要涉及到一种特定混合价态的氧化铈的制备方法。

背景技术

常见铈的氧化物有三氧化二铈(Ce₂O₃)和二氧化铈(CeO₂)。二氧化铈中Ce⁴⁺/Ce³⁺具有较小的氧化还原电势(1.3-1.8V)，在不同氧化还原气氛下可相互转换。例如，在三效催化系统中，二氧化铈作为储氧材料，对氧气浓度的变化起到缓冲作用，即在贫燃情况下释放氧以提高氧浓度，而在富燃条件下吸收氧以降低氧浓度。在实际催化反应中，催化剂所处的气氛会出现氧气浓度过量与不足的交替变化，在这种情况下，二氧化铈可以在氧浓度过量的环境下O₂、NO和H₂O中吸收储存O₂，而在氧浓度不充足的环境下释放出氧气。由于铈离子在变价过程中可形成不稳定的氧空位，因此在催化剂、助催化剂和固态氧化物燃料电池等方面都有非常独特的应用。纯净的氧化铈为白色重质粉末或立方体结晶，不纯品为浅黄色甚至粉红色至红棕色(因含有微量镧、镨等)，几乎不溶于水和酸。

目前，氧化铈的常见的制备方法有：燃烧法、络合沉淀法、水热合成法、微波法、直接沉淀法和溶胶凝胶法。

燃烧法是将固体硝酸铈和柠檬酸充分研磨1h，得到混合均匀的浆料状混合物，用适量去离子水溶解、干燥、焙烧，得到疏松泡沫状纳米二氧化铈粉体。

络合沉淀法是在柠檬酸溶液中加入碳酸铈，用氨水调节pH值至沉淀溶解。加入盐酸得沉淀，过滤、洗涤、干燥、焙烧得氧化铈超微粉末。

水热合成法是将一定量的模板剂葡萄糖放入铈盐溶液中直至其完全溶解，恒温搅拌，边搅拌边加入一定量的助模板剂乙二胺。反应釜中水热反应、搅拌、过滤、烘干、焙烧，制得介孔结构的纳米氧化铈。

微波法是向四水硫酸高铈和聚乙二醇溶液中加入氢氧化钠生成沉淀，微波后沉淀晶化、抽滤、洗涤、再微波、干燥、研磨得25nm左右的纳米二氧化铈。

直接沉淀法是将分散剂聚乙二醇加入到硝酸铈溶液，用氨水调节pH＝4～5，再用碳酸氢铵调制溶液pH＝7～8，搅拌、陈化、过滤、无水乙醇清洗、烘干、焙烧得到晶粒尺寸8～34nm氧化铈。

溶胶凝胶法是将硝酸亚铈溶液逐渐加入到柠檬酸溶液中，加入一定量PEG2000，调pH、恒温加热得半干凝胶、干燥、研磨、焙烧得二氧化铈的纳米粉末。

常规方法制备出的氧化铈粉中三价铈的含量一般不会超过四价铈的含量，对于特定混合价态的氧化铈的制备目前少有人研究。常规的氧化铈粉具有紫外屏蔽效果，吸收限大致在350nm左右，吸收波长的宽度较窄。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述技术问题，本发明提供一种特定混合价态的氧化铈的制备方法，通过采用多种添加剂协同作用下，用沉淀剂沉淀铈离子，然后通过喷雾焙烧，快速分解制成三价铈质量含量固定的氧化铈。并且制备的氧化铈的紫外屏蔽效果更好，紫外吸收波长较宽。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，本发明提供一种特定混合价态的氧化铈的制备方法，包括以下步骤：