[发明专利]一种类三角形纳米片结构的二氧化铈的制备方法

说明书

本发明公开了一种似三角形纳米片结构二氧化铈的制备方法，属于纳米材料技术领域。在无任何有机物添加剂的辅助下，仅通过调控混合溶剂的比例，通过一步混合溶剂热法实现了具有类似三角形纳米片结构的CeO₂前驱体的制备，经过高温热处理后，所得最终产品的结晶度高，均一性良好；该制备方法具有工艺简单、生产成本低、无毒无污染及产量高等特点，适合大规模生产，有望在催化等广泛领域发挥重要应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种类三角形纳米片结构的二氧化铈的制备方法。

背景技术

铈(Ce)属于轻稀土元素，在地壳中的含量约0.0046％，是丰度最高的稀土元素，且具有特殊的外层4f轨道电子填充方式(4f¹5d¹6s²)结构，从而使得Ce可以在Ce³⁺和Ce⁴⁺之间进行可逆转变，使其具有出色的氧化还原能力。当以Ce作为络合物的中心原子时，其剩余的多个电子轨道可与其它物质之间形成新的化学键，这种特性使得稀土元素被称为“工业维生素”，在促进人类工业文明的发展中起着重要作用；此外，其对应的氧化物形态，二氧化铈(CeO₂)也被赋予了独特的物理和化学性质，例如：大量的氧空位缺陷、高储氧能力、高氧离子传导性，使其在催化、氧传感器、燃料电池、电子、磁性材料、玻璃抛光材料、紫外线吸收剂、生物技术和生物医学等广泛领域均具有重要的应用前景。

在CeO₂的诸多应用领域中，其催化方面的应用显得尤为重要。如因其具有出色的氧储存能力和快速的氧空位扩散能力，被广泛应用于汽车尾气净化的“三效催化反应”装置中。此外，有研究表明，当CeO₂在用于催化剂时，其催化效果不仅受到比表面积的影响，在很大程度上还受所包覆晶面性质的影响，其晶面特性与暴露程度又与材料的微观形貌密切相关；研究表明，CeO₂的光催化效果受粒径、比表面积和晶体表面活性影响，同种形貌的CeO₂粒径越小、比表面积越大、晶体表面氧空位越多，催化活性越好；此外，CeO₂的(110)和(100)晶面的催化活性要优于其(111)晶面，且由于不同晶面的表面能不同，当氧分子在晶面处被活化后，促进了该结构中氧空位的转移，从而有助于提高其储氧能力，增强催化活性，而氧空位的存在与否及其浓度大小又与材料的微观结构息息相关。因此，关于CeO₂其形貌的可控合成技术引起越来越多的关注，且具有特殊纳米几何结构形貌CeO₂的开发具有重要的研究意义。

目前，现有CeO₂的制备方法存在较多问题，主要问题如下：

1.CeO₂的制备通常以化学液相方法为主，如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微波辅助法等，不可避免的使用了如模板剂、表面活性剂等添加剂，导致其制备工艺流程复杂，产物富含杂质且生产成本较高的问题；

2.现有所报道的CeO₂微观形貌较难实现可控制备，其微观形貌所呈现的几何结构多为球状、棒状、梭状以及其他无定型结构，高活性晶面暴露程度低，形貌不可控。

因此，如何开发一种简单、高效、经济且环保的方法来实现具有特殊规则几何结构的CeO₂纳米材料的制备技术则显得尤为迫切，也是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种在无任何有机物添加剂的辅助下，仅通过调控混合溶剂的比例，通过一步混合溶剂热法实现了具有类似三角形纳米片结构的CeO₂前驱体的制备，经过高温热处理后，所得最终产品的结晶度高，均一性良好，且该具有类似三角形纳米片结构的CeO₂材料属于首次报道，有望在催化等广泛领域发挥重要应用前景；该生产途径具有制备工艺简单、生产成本低、无毒无污染、产量高的特点，适合大规模生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：