[发明专利]一种铝热还原二氧化铈八面体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铝热还原二氧化铈八面体材料及其制备方法和应用，该材料具有八面体单晶结构，暴露(111)晶面，表面含有氧空位，八面体单晶结构表面覆盖1～2nm的非晶层，非晶层含有氧空位和Ce³⁺。其制备方法为：采用水热法制备八面体二氧化铈纳米晶，对八面体二氧化铈纳米晶进行铝热还原处理获得。本发明提供的材料用于制备电极，具有高催化活性、高灵敏度、宽线性范围、良好的稳定性和高选择性，且该材料被证明适用于真实样品中的H₂O₂检测，误差极低，可以满足实际应用的需求。

技术领域

本发明属于电化学传感器制造和检测分析技术领域，涉及一种铝热还原二氧化铈八面体材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

晶体表面工程可以通过调节表面电子结构和性质来提高催化剂活性，这一方式得到了广泛的应用。常见的表面工程改性方法包括：掺杂、形貌调控、优先暴露活性晶面、缺陷工程和形成表面异质结等。通常来说，表面形貌的优化可以最直接的影响催化剂的催化活性，不同的形貌往往决定了其主要暴露晶面的种类和比例不同，不同的晶面其表面能和选择性也各不相同，进而影响其催化性能。另一方面，在催化过程中，到达催化剂表面的电荷将会迁移到配位数较低的原子上，配位数较低的原子通常作为发生氧化还原反应的活性中心。缺陷工程可以增加催化剂表面活性中心、引入额外能级进而提高催化性能。氧空位作为最普遍且研究最广泛的表面缺陷，在氧化物表面具有相对较低的形成能。具有丰富局部电子的氧空位有利于增强反应物的吸附和活化，降低反应的能垒，增加表面催化活性位点。

过氧化氢(H₂O₂)作为一种简单、常见的活性氧物种(ROS)，在生物、医疗、纺织、环境和食品生产等人类赖以生存的领域有着重要的应用，应对其进行严格的检测和控制。已经发展出很多方法用于H₂O₂的精确检测，其中酶基电化学传感器由于其灵敏度高，选择性好，检测方便，成本低廉等优势在医疗机构和食品检测方面有着广泛的应用。但是，酶对环境变化尤其是温度和pH十分敏感，容易失活。过渡金属氧化物(TMO)由于其独特的电子结构和优异的类酶催化性质，成为无酶H₂O₂电化学传感器电极的理想候选材料。已经有关于过渡金属氧化物晶面或缺陷对H₂O₂电化学传感性能的影响，但未发现研究氧空位与晶面之间协同作用对催化性能的影响。

二氧化铈(CeO₂)作为一种常见的稀土氧化物，由于其储量丰富、无毒无害、形貌可控以及表面含有氧空位导致Ce³⁺和Ce⁴⁺共存，使得CeO₂具有良好的催化性能和优异的氧化还原特性，已被广泛应用于热催化、光催化、电催化和传感器方面。而且在制备CeO₂过程中容易自发形成氧空位从而产生Ce³⁺和Ce⁴⁺，从而提高其催化过程中的氧化还原能力。发明人研究发现，虽然含有一定的氧空位使CeO₂拥有活性位点，但是CeO₂固有活性较差这一缺点也限制了其大规模应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铝热还原二氧化铈八面体材料及其制备方法和应用，本发明提供的材料用于制备电极，具有高催化活性、高灵敏度、宽线性范围、良好的稳定性和高选择性，且该材料被证明适用于真实样品中的H₂O₂检测，误差极低，可以满足实际应用的需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：