[发明专利]一种喷雾燃烧合成铈锆氧化物固溶体空心球的方法

说明书

本发明公开了一种喷雾燃烧合成铈锆氧化物固溶体空心球的方法，其特征是：碳酸铈、硝酸氧锆和甘氨酸按照设计好的配比称量，用硝酸溶解定量后配得到前驱体溶液I，前驱体溶液I超声雾化成小液滴后由压缩空气载入到立式管式炉反应腔中反应，收集粉体，用无水乙醇及去离子水洗涤，除去杂质离子，抽滤后，真空干燥，得到最终产物铈锆氧化物固溶体空心球粉末。本发明成功合成了纳米结构铈锆固溶体空心球，通过改变前驱体溶液中铈锆离子的浓度和、铈锆离子比例、反应温度等方法可调节产物粒子大小与球形度。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种喷雾燃烧合成铈锆氧化物固溶体空心球的方法。

背景技术

众所周知，材料的性能主要取决于材料的结构，而材料的应用在很大程度上取决于其性能。自从1998年Caruso等开创性的报道了空心二氧化硅的制造以来，人们通过相似的模板法开发了许多空心纳米结构。空心纳米结构可以从不同的角度分成不同的类别。例如，通过反映不同的整体形状，可以有空心球，空心管，空心纤维，空心盒等。根据外壳的数量，它们可以分为单层，双层和多层(或有壁)的空心结构。考虑到壳结构的不同组成，它们可分为有机和无机空心纳米结构，或更具体地分为聚合物，陶瓷，金属和复合空心结构。

研究界迅速认识到空心结构优良的性质，如大表面积，低密度和高负载能力，并发展了多种应用，包括纳米反应器，催化剂，储能，生物医学，传感器，环境整治等等。由于空腔的存在，空心结构的表面积明显增大，密度远远小于相同组成和尺寸的固体。这些性能显著促进了空心纳米结构物质在催化方面的应用，它可以作为载体材料或作为活性催化剂。由于内部空间可以作为不同物质的储存空间，因此它们可以作为成像造影剂，药物输送载体以及锂离子电池的阳极或阴极。简而言之，与其固体相比，空心纳米结构可以很方便地调增结构和成分，因此很好地用于合理设计新型功能材料，用于许多所需的应用。

铈锆固溶体的所采用的晶体结构取决于Zr/Ce比例以及温度。在非常低的Zr浓度下，铈锆固溶体为立方萤石结构，纯二氧化铈和立方氧化锆也是这种结构。然而，在较高的Zr含量下，形成了其他晶体结构，包括中等Zr浓度下的两种不同的四方相和Zr浓度非常高的单斜相。Yashima等人通过拉曼光谱已经观察到氧化锆―氧化铈固溶体(Ce_xZr_1-xO₂)中的立方(空间群Fm3m)和四方(空间群P42/nmc)相之间的结构相变。室温下组成均匀的样品当组成为X₀(0.8X₀0.9)时，立方―四方相(c-t”)边界在存在。轴比c/a随着二氧化铈浓度的增加而减小，并且在室温下组成为X₁(0.65X₁0.7)时处变为1。组成在X₀和X₁之间的样品是t”相ZrO2。