一種珠鏈狀CeO₂納米材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種珠鏈狀CeO2納米材料及其制備方法，其制備過(guò)程如下：首先用稀硝酸溶液處理新鮮蛋殼，將其表面的碳酸鹽硬殼去除，剩余的蛋膜用去離子水反復(fù)沖洗，干燥后得到蛋膜模板備用；將鈰源溶于無(wú)水乙醇溶液中，然后將蛋膜模板浸入其中，浸漬后將乙醇溶液取出，剩余的蛋膜經(jīng)干燥后進(jìn)行煅燒，使蛋膜和鈰源完全分解，得到珠鏈狀CeO2納米材料。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單的制備流程，良好的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性，其所得的珠鏈狀CeO2納米材料尺寸均勻，分散性良好，可作為貴金屬納米顆粒的載體，也可通過(guò)復(fù)合其他材料改善其性能，使其在催化、傳感等領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種珠鏈狀Ce02納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明具體涉及一種珠鏈狀Ce02納米材料及其制備方法，屬于半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鈰是一種特殊的稀土氧化物。隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，除煤煙型污染外，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣已經(jīng)成為城市空氣的另一主要污染源。CeO2是汽車(chē)尾氣凈化裝置中三效催化劑的關(guān)鍵成分，在其中起到氧緩沖的作用，所以在治理大氣污染方面顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。另夕卜，CeO2材料廉價(jià)無(wú)毒，獨(dú)特的Ce3VCe4+電子對(duì)、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性使其在催化、光催化、傳感、生物醫(yī)學(xué)、固體氧化物燃料電池等領(lǐng)域也表現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)CeO2材料的研究一直比較廣泛。
[0003]目前，已經(jīng)采用各種制備方法合成了多樣形貌的CeO2材料，由于暴露的晶面有差異，不同形貌的CeO2材料表現(xiàn)出不一的性能。錢(qián)君超等人公開(kāi)了一種利用生物雞蛋內(nèi)膜制備結(jié)構(gòu)氧化鈰材料(高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，Vol31，2010年11月，N0.ll，2116-2121，該文獻(xiàn)合成的氧化鈰為長(zhǎng)線(xiàn)交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且無(wú)散落顆粒，分散性較差?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于特殊形貌珠鏈狀CeO2的報(bào)道較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種珠鏈狀CeO2納米材料及其制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性良好，所得CeO2材料為珠鏈狀，結(jié)晶性好。
[0005]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供了一種珠鏈狀CeO2納米材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗，干燥后備用；
(2)將鈰源加入溶劑中，待其完全溶解得到鈰源溶液；
(3)將干燥的蛋膜模板加入到鈰源溶液里，攪拌浸漬后去除乙醇，將蛋膜干燥得產(chǎn)物；
(4)將上述產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0006]進(jìn)一步的，步驟(I)中，所述稀硝酸溶液的濃度為0.5?3Mo
[0007]本發(fā)明所使用的鈰源為Ce(N03)3_6H20，所述溶劑為無(wú)水乙醇或去離子水。
[0008]進(jìn)一步的，所述鈰源溶液濃度為0.0058?0.058 Mo
[0009]進(jìn)一步的，步驟(3)中，所述蛋膜模板與鈰源的質(zhì)量比為1:50?15:1。
[0010]進(jìn)一步的，步驟(3)中，所述攪拌浸漬時(shí)間為6?48ho
[0011]進(jìn)一步的，步驟(3)中，所述干燥為在烘箱中進(jìn)行，干燥溫度為60°C。
[0012]進(jìn)一步的，步驟(4)中，所述煅燒，在空氣氣氛下，以升溫速率5-10 °C/min升溫至1100 °C，煅燒時(shí)間為2h。
[0013]本發(fā)明制備的珠鏈狀CeO2納米材料的珠鏈由CeO2顆粒組成，所述顆粒直徑為160-320nm。
[0014]本發(fā)明中，利用模板法制備了珠鏈狀CeO2納米材料，采用蛋膜作模板，通過(guò)浸漬-煅燒過(guò)程得到最終樣品。這種制備方法簡(jiǎn)單高效，克服了其它某些制備方法中原料或設(shè)備的高成本，且具有良好的重復(fù)性，最終得到的產(chǎn)品形貌單一、尺寸均勻、分散性和結(jié)晶性良好。本發(fā)明通過(guò)控制各反應(yīng)原料的加入量，協(xié)同干燥煅燒等參數(shù)，能夠有效的控制合成產(chǎn)物的形貌，制備的珠鏈狀CeO2納米材料分散性及結(jié)晶性好。制備的產(chǎn)物具有大的比表面積，在CO催化氧化、光催化降解有機(jī)物和傳感等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明以蛋膜為模板，原料廉價(jià)易得，通過(guò)浸漬-煅燒過(guò)程制備CeO2納米珠鏈，實(shí)驗(yàn)工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0016]2、本發(fā)明制備的CeO2納米材料為珠鏈狀，形貌特殊，且尺寸均勻，具有良好的分散性和結(jié)晶性，可用于催化、傳感等領(lǐng)域。所得珠鏈狀CeO2納米材料可作為貴金屬納米顆粒的載體，也可通過(guò)與其他材料進(jìn)行復(fù)合實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改性，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中合成的珠鏈狀CeO2材料的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中合成的珠鏈狀CeO2材料的掃描電鏡(SEM)照片。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中合成的珠鏈狀CeO2材料的掃描電鏡(SEM)照片。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例6中合成的珠鏈狀CeO2材料的掃描電鏡(SEM)照片。
[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)施例7中合成的珠鏈狀CeO2材料的掃描電鏡(SEM)照片。
[0022]圖6為本發(fā)明對(duì)比例I中合成CeO2產(chǎn)品的掃描電鏡(SEM)照片。
[0023]圖7為本發(fā)明對(duì)比例2中合成CeO2產(chǎn)品的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，需說(shuō)明的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0025]實(shí)施例1
1.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為I M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
1.2將0.5 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
1.3將步驟1.1中干燥的1.5 g蛋膜模板加入步驟1.2中Ce(NO3)3的乙醇溶液，攪拌浸漬12h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
1.4將步驟1.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以5 °C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0026]圖1是制備的的珠鏈狀CeO2納米材料的X射線(xiàn)衍射圖譜，從圖中可以看出，所得珠鏈狀CeO2為純相立方面心結(jié)構(gòu)氧化鈰，結(jié)晶性良好。圖2是納米材料的掃描電鏡照片，可以看出形貌為珠鏈狀，表面缺陷少，珠鏈長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，珠鏈由CeO2顆粒組成，直徑尺寸為200?300 nmD
[0027]實(shí)施例2
2.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為3 M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
2.2將0.5 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
2.3將步驟2.1中干燥的1.5 g蛋膜模板加入步驟2.2中Ce (NO3)3的乙醇溶液，攪拌浸漬12 h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
2.4將步驟2.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以8 °C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0028]該實(shí)施例制備得到的產(chǎn)品長(zhǎng)度為幾十微米，珠鏈由CeO2顆粒組成，直徑尺寸為180?320 nm。
[0029]實(shí)施例3
3.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為0.5 M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用;
3.2將0.25 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
3.3將步驟3.1中干燥的1.5 g蛋膜模板加入步驟3.2中Ce (NO3)3的乙醇溶液，攪拌浸漬12h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
3.4將步驟3.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以5°(:/1^11的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0030]圖3為制備的珠鏈狀CeO2納米材料的掃描電鏡圖片，從圖3中可以看出，珠鏈長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，直徑為220?280 nm。
[0031 ] 實(shí)施例4
4.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為I M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
4.2將0.1 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
4.3將步驟4.1中干燥的1.5 g蛋膜模板加入步驟4.2中Ce(NO3)3的乙醇溶液，攪拌浸漬12 h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
4.4將步驟4.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以10°C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0032]該實(shí)施例制備的珠鏈狀CeO2納米材料珠鏈長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，直徑為160?260 nm。
[0033]實(shí)施例5
5.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為I M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
5.2將0.5 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
5.3將步驟5.1中干燥的0.0I g蛋膜模板加入步驟5.2中Ce (NO3) 3的乙醇溶液，攪拌浸漬6 h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
5.4將步驟5.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以5 °C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0034]實(shí)施例6
6.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為I M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
6.2將0.5 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL無(wú)水乙醇中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
6.3將步驟6.1中干燥的0.0I g蛋膜模板加入步驟6.2中Ce (NO3) 3的乙醇溶液，攪拌浸漬48 h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
6.4將步驟6.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以5 °C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0035]圖4為制備的珠鏈狀CeO2納米材料的掃描電鏡圖片，從圖4中可以看出，珠鏈長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，珠鏈由CeO2顆粒組成，直徑為200?280 nm。
[0036]實(shí)施例7
7.1將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入濃度為I M的稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗至中性，60 °C干燥后，得蛋膜模板備用；
7.2將0.5 g Ce(NO3)3.6Η20加入到40 mL去離子水中，待其完全溶解得到Ce(NO3)3的乙醇溶液；
7.3將步驟7.1中干燥的1.5 g蛋膜模板加入步驟7.2中Ce (NO3)3的乙醇溶液，攪拌浸漬12h后將乙醇液體全部取出;將剩余的蛋膜在60 °C的烘箱中進(jìn)行干燥；
7.4將步驟7.3的產(chǎn)物在空氣氣氛下進(jìn)行煅燒，以5 °C/min的速率升溫到1100 °C，保溫2 h，使Ce(NO3)3轉(zhuǎn)化成CeO2,并將蛋膜成分去除，得到珠鏈狀CeO2納米材料。
[0037]圖5為制備的珠鏈狀CeO2納米材料的掃描電鏡圖片，從圖5中可以看出，形貌仍為珠鏈狀，珠鏈長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，直徑為180?280 nm。
[0038]對(duì)比例I
制備方法同實(shí)施例1，不同的是:煅燒溫度為1000 °C。最終得不到珠鏈狀CeO2,產(chǎn)品的掃描電鏡照片如圖6所示，其形貌為介于珠鏈狀與多孔片狀之間的一種狀態(tài)，組成顆粒的尺寸為100?200 nm。
[0039]對(duì)比例2
制備方法同實(shí)施例1，不同的是:煅燒時(shí)間為I h。同樣得不到珠鏈狀CeO2樣品，其掃描電鏡照片如圖7所示，形貌為卷曲的多孔片狀，組成顆粒的尺寸為150?250 nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種珠鏈狀CeO2納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將新鮮蛋殼用清水沖洗后浸入稀硝酸溶液中，待其表面的碳酸鹽硬殼與內(nèi)部蛋膜分離后將蛋膜取出反復(fù)用去離子水沖洗，干燥后備用； (2)將鈰源加入溶劑中，待其完全溶解得到鈰源溶液； (3)將干燥的蛋膜模板加入到鈰源溶液里，攪拌浸漬后去除乙醇，將蛋膜干燥得產(chǎn)物； (4)將上述產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到珠鏈狀CeO2納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述稀硝酸溶液的濃度為0.5-3 Mo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述鈰源為Ce(NO3)3-6H20，所述溶劑為無(wú)水乙醇或去離子水。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，所述鈰源溶液濃度為0.0058?0.058 M05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述蛋膜模板與鈰源的質(zhì)量比為1:50?15:1。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述攪拌浸漬時(shí)間為6?48 ho7.根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述干燥為在烘箱中進(jìn)行，干燥溫度為60 °C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述煅燒，在空氣氣氛下，以升溫速率5-10 °(:/1^11升溫至1100 °C，煅燒時(shí)間為2h。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述珠鏈狀CeO2納米材料的珠鏈由CeO2顆粒組成，所述顆粒直徑為160-3 20nm。
【文檔編號(hào)】C01F17/00GK106006702SQ201610336198
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】楊萍, 賀海燕
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)