專利名稱：室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米二氧化鈰的制備方法。
背景技術(shù)：
稀土被認(rèn)為是新光源、新磁源、新能源、新材料的寶庫，同時也是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、提升傳統(tǒng)產(chǎn)品的“維生素”。稀土納米氧化物是稀土納米材料的重要組成部分。其中，納米( 是用途最廣泛的稀土納米材料。由于具有優(yōu)越的儲放氧功能及高溫快速氧空位擴散能力， 納米( 被廣泛應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)中，成為極具應(yīng)用前景的汽車尾氣凈化催化材料、高溫氧敏材料、PH傳感材料、燃料電池尤其是固體氧化物燃料電池(SOFC)電極材料、電化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)材料以及金屬抗氧化及腐蝕的涂層材料和添加劑等，在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。因此，納米CeO2的合成與制備已成為材料、化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，常用的納米CeO2的制備方法有固相法、沉淀法、溶膠一凝膠法、微乳液法、水熱合成法、燃燒法和氣相法等。這些方法在不同程度上分別存在工藝復(fù)雜、大量使用有機溶劑、制備條件苛刻或者成本高昂等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有制備納米( 存在工藝復(fù)雜、有機溶劑使用量大、制備條件苛刻等缺點。而提供了室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法。本發(fā)明中室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物的摩爾比為1 3的比例分別稱取 CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物，再將CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物分別在室溫下研磨成粉末狀后混合，得到混合物；二、將步驟一獲得的混合物研磨15 30min (在研磨過程中，混合粉體開始變濕， 并由白色變?yōu)榈厣?，并逐漸變干)，得到混合料；三、將步驟二獲得的混合料用去離子水超聲清洗3次以上，抽濾后置于恒溫干燥箱中，在80 200°C條件下干燥1 2h，即得到納米二氧化鈰。本發(fā)明納米( 的室溫固相反應(yīng)法包括兩個階段前驅(qū)體的室溫固相合成及前驅(qū)體的熱分解。在混合粉體的研磨階段，首先發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成難溶堿Ce (OH)3 ；Ce (OH) 3 對空氣敏感，隨后與空氣中氧及生成的水結(jié)合，最終變成Ce(0H)4。對應(yīng)的反應(yīng)方程式如下CeCl3 · 7H20+3Na0H = Ce (OH) 3+3NaCl+7H20
4Ce (OH) 3+02 (g) +2H20 = 4Ce (OH) 4 由于反應(yīng)是在不斷研磨或球磨過程中進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物具有晶粒微細(xì)、晶型發(fā)育不完整等特點，將反應(yīng)產(chǎn)物超聲清洗、過濾后，可得到活性較高、較易分解的前驅(qū)體Ce(OH)4 粉末；該粉末處于能量較高的不穩(wěn)定狀態(tài)——活化狀態(tài)，從而能夠在較低溫度下分解生成 Ce02。對應(yīng)的反應(yīng)方程式如下
Ce (OH) 4 = Ce02+2H20本發(fā)明制備的納米二氧化鈰為立方結(jié)構(gòu)，淡黃色。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明工藝簡單，不使用任何有機溶劑，從根本上消除了溶劑化作用，無需高溫煅燒，反應(yīng)條件溫和，整個制備過程對環(huán)境無污染，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本；與其它固相反應(yīng)法相比，反應(yīng)溫度低、環(huán)境友好，所得粉體顆粒小且粒徑均勻，顆粒粒徑為5nm 15nm，純度高， 純度在99%以上。


圖1是具體實施方式
七制得的納米二氧化鈰的XRD衍射譜圖；圖2是具體實施方式
七制得的納米二氧化鈰的TEM照片；圖3是具體實施方式
七制得的納米二氧化鈰的TEM 衍射斑點。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物的摩爾比為1 3的比例分別稱取 CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物，再將CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物分別在室溫下研磨成粉末狀后混合，得到混合物；二、將步驟一獲得的混合物研磨15 30min，得到混合料；三、將步驟二獲得的混合料用去離子水超聲清洗3次以上，抽濾后置于恒溫干燥箱中，在80 200°C條件下干燥1 2h，即得到納米二氧化鈰。本實施方式采用研缽或球磨機進(jìn)行研磨，所用研缽或球磨罐需耐強堿腐蝕。本實施方式制備的納米二氧化鈰為立方結(jié)構(gòu)，淡黃色，顆粒粒徑為5nm 15nm，純度在99%以上。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟三所述干燥溫度為100 180°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟三所述干燥溫度為120 160°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟三所述干燥溫度為140°C。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟三所述超聲清洗，超聲波頻率為28 40KHz，功率為60 200W。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物的摩爾比為1 3的比例分別稱取CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物，再將CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物分別在室溫下研磨成粉末狀后混合，得到混合物；二、將步驟一獲得的混合物用研缽研磨25min，得到混合料；三、將步驟二獲得的混合料用去離子水超聲清洗3次(超聲頻率為40KHz，超聲功率為80W)，抽濾后置于恒溫干燥箱中，在80°C條件下干燥2h，即得到納米二氧化鈰。
具體實施方式
八本實施方式室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、CeCl3 · 7H20和KOH分別在室溫下研磨成粉末狀后按1 3的摩爾比混合，得到混合物，放入行星式球磨罐中；二、按球料比3 1(體積比)放入Al2O3磨球，將步驟一獲得的混合物高能球磨 20min，得到混合料；三、將步驟二獲得的混合料用去離子水超聲清洗3次(超聲頻率為40KHz，功率為 80W)，抽濾后置于恒溫干燥箱中，在80°C條件下干燥2h，即得到納米二氧化鈰。本實施方式的產(chǎn)物中只有CeO2(見圖1)，且粒徑均勻，在5 15nm之間(見圖 2-3)。
權(quán)利要求
1.室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、按CeCl3· 7H20和堿金屬氫氧化物的摩爾比為1 3的比例分別稱取CeCl3 · 7H20 和堿金屬氫氧化物，再將CeCl3 · 7H20和堿金屬氫氧化物分別在室溫下研磨成粉末狀后混合，得到混合物；二、將步驟一獲得的混合物研磨15 30min，得到混合料；三、將步驟二獲得的混合料用去離子水超聲清洗3次以上，抽濾后置于恒溫干燥箱中， 在80 200°C條件下干燥1 2h，即得到納米二氧化鈰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于步驟一所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于步驟三所述干燥溫度為100 180°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于步驟三所述干燥溫度為120 160°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于步驟三所述干燥溫度為140°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，其特征在于步驟三超聲清洗所需超聲波頻率為28 40KHz，超聲功率為60 200W。
全文摘要
室溫固相反應(yīng)制備納米二氧化鈰的方法，它涉及納米二氧化鈰的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有制備納米CeO2存在工藝復(fù)雜、有機溶劑使用量大、制備條件苛刻或成本高昂等缺點。本發(fā)明方法如下1.CeCl3·7H2O和堿金屬氫氧化物分別在室溫下研磨成粉末狀后混合，得到混合物；2.研磨；3.用水超聲清洗，抽濾，干燥，即得到納米二氧化鈰。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明工藝簡單，不使用任何有機溶劑，從根本上消除了溶劑化作用，無需高溫煅燒，反應(yīng)條件溫和，整個制備過程對環(huán)境無污染，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本；與其它固相反應(yīng)法相比，反應(yīng)溫度低、環(huán)境友好，所得粉體顆粒小且粒徑均勻，純度高。
文檔編號B82Y40/00GK102275971SQ20111013860
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者孫曉光, 王鈾 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)