專利名稱：一種制備水溶性二氧化鈰納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料研究領(lǐng)域，具體說涉及水溶性Ce02納米晶的制備方法。
背景技術(shù)：
納米Ce02粒子具有廣泛的應(yīng)用，例如，可用于汽車尾氣三元凈化催化劑，具有活性髙、 價(jià)格低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并代替了大部分貴金屬，每年用量數(shù)千噸。納米Ce02可用于電子陶 瓷和固體電解質(zhì)。納米Ce02粒子可以修飾在金電極上，它是細(xì)胞色素C電化學(xué)反應(yīng)的良好促 進(jìn)劑。納米Ce02粉末對(duì)紫外線的吸收極強(qiáng)，可用于制備紫外吸收材料，如用于吸收熒光燈管 中的185nm短波紫外線，以提高燈管壽命，也用于防曬化妝品，防曬纖維，汽車玻璃等。塑 料制品在紫外線作用下容易老化變脆，在其表面涂上含有氧化鈽納米微粒涂層(它對(duì)陽(yáng)光是透 明的)可防止塑料老化。坦克、汽車、艦船、貯油罐等表面上都需涂上樹脂和橡膠類油漆，而 這些油漆由于受陽(yáng)光紫外線的照射而極易老化變脆，將氧化鈰納米粉末加入其中制成的防紫 外線涂料，其抗老化性明顯提高。Ce02對(duì)玻璃等有較好的拋光作用，納米Ce02則有較高的 拋光精密度，己用于液晶顯示、硅單晶片、玻璃存儲(chǔ)等的精密拋光。納米級(jí)Ce02可以提高PVC 建材的耐候性?？傊{米Ce02的應(yīng)用才剛剛開始，而且集中在高科技新材料領(lǐng)域，附加值 高，應(yīng)用面廣，潛力巨大，商業(yè)前景十分看好。
納米Ce02粒子的制備方法很多，如沉淀法、溶膠一凝膠法、水熱法、膠溶法、微乳液法、 室溫固相法、微波加熱法、水解法等。不同方法所制備的納米Ce02粒子的大小、形貌、團(tuán)聚 狀態(tài)不同。納米Ce02粒子可以進(jìn)行表面修飾，以改變納米Ce02粒子的性質(zhì)。例如，將油酸、 十八胺和DBS等修飾在納米Ce02粒子表面上，可以獲得油溶性的納米Ce02,能溶于有機(jī)溶劑 如苯、甲苯、二甲苯、氯仿等弱極性溶劑中。制備方法有膠溶法、微乳液法等?？梢詫⒂腿?性的納米Ce02添加到汽油中，代替鉛做為抗震劑。
水溶性的納米Ce02粒子將比未修飾的納米Ce02粒子具有更廣泛的應(yīng)用，如可以將其均 勻地?fù)饺氲剿芤褐卸怀恋?.使納米Ce02粒子可以均勻地分布在最終的產(chǎn)品中，具有多 種應(yīng)用。本發(fā)明是采用溶液法制備水溶性Ce02納米晶。目前未見有水溶性Ce02納米晶制備 的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)采用回流水解法制備水溶性Ce02納米粒子，我們發(fā)明了一種水溶性Ce02納米粒子的制備方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，通過回流水解法制備出含有水溶性Ce02納米粒子的2-吡咯烷酮 溶膠，然后向其中加入甲醇使水溶性Ce02納米粒子沉淀出來(lái)，并用丙酮多次洗滌，制備產(chǎn)物 為水溶性Ce02納米粒子，其步驟為
一、 分散于溶液中的水溶性Ce02納米粒子的合成
將乙酰丙酮鈰(Ce(acac)3.H20)加入到2-吡咯烷酮中，將混合物加熱，乙酰丙酮鈰溶解于 2-吡咯垸酮中，得到乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液，將該溶液回流，得到含有水溶性Ce02 納米粒子的透明棕色溶膠。該溶液的組成及技術(shù)參數(shù)為乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液的濃 度為0.1~0.2 mol/L，乙酰丙酮鈰在2-吡咯烷酮中溶解的溫度為75~85°C，回流溫度為 225~240°C，回流時(shí)間為60~120min。
二、 水溶性Ce02納米粒子與溶液的分離
將含有水溶性Ce02納米粒子的透明棕色溶液冷卻至室溫后，向該溶液中加入甲醇，有水 溶性Ce02納米粒子沉淀析出，將沉淀離心分離，并用丙酮洗滌。甲醇用量為200~300ml， 丙酮用量為50~80ml。于N2流干燥或5"0。C干燥5 10h,得到淺黃色固體顆粒，此固體顆 粒即為水溶性Ce02納米粒子。至此得到水溶性Ce02納米粒子，粒子平均粒徑約為5nm 10nm， 呈球形。實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖1是水溶性Ce02納米粒子的XRD譜圖；圖2是水溶性Ce02納米粒子的TEM照片， 該圖兼作為摘要附圖；圖3是氷溶性Ce02納米粒子的ED照片；圖4是水溶性Ce02納米粒 子的水溶膠的紫外一可見吸收光譜。 具體實(shí)施方案
本發(fā)明所選用的乙酰丙酮鈰、2-吡咯烷酮、甲醇和丙酮均為市售分析純產(chǎn)品所用的玻 璃儀器和設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室中常用的
實(shí)施例1:稱取2mmo1的Ce(acac)yH20，加入100ml的兩頸園底燒瓶中，再加入20ml 的2-吡咯垸酮。將溫度計(jì)插入一個(gè)瓶頸中，將水冷的回流冷凝管插入另一瓶頸中。將混合物 加熱到75。C，Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.1moI/L的乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液， 將該溶液加熱至240。C進(jìn)行回流60min，將加熱套移走，冷卻至室溫，得到含有水溶性Ce02 納米粒子的透明棕色溶膠。向該溶液中加入200ml的甲醇，有水溶性Ce02納米粒子沉淀析 出，將沉淀離心分離，用丙酮(每次用量50ml)洗滌沉淀5次，用N2流干燥4h，得到淺黃色 水溶性Ce02納米粒子。如果將此固體顆粒中加入一定量的去離子水或2-吡咯垸酮，可以得 到透明的膠體溶液。圖1是水溶性Ce02納米粒子的XRD譜圖，所制備的Ce02納米粒子具有良好的晶型結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系；圖2是水溶性Ce02納米粒子的TEM照片，粒子呈球形， 平均粒徑約為5nm;圖3是水溶性Ce02納米粒子的ED照片，表明Ce02納米粒子具有多晶 結(jié)構(gòu)；圖4是水溶性Ce02納米粒子的水溶膠的紫外一可見吸收光譜，在300nm左右有明顯 的吸收峰，是氧化鈰的特征吸收峰。
實(shí)施例2:稱取4mmo1的Ce(acac)3*H20，加入100ml的兩頸園底燒瓶中，再加入20ml 的2-吡咯烷酮。將溫度計(jì)插入一個(gè)瓶頸中，將水冷的回流冷凝管插入另一瓶頸中。將混合物 加熱到85。C，Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.2mol/L的乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液， 將該溶液加熱至225°C進(jìn)行回流120min，將加熱套移走，冷卻至室溫，得到含有水溶性Ce02 納米粒子的透明棕色溶膠。向該溶液中加入300ml的甲醇，有水溶性Ce02納米粒子沉淀析 出，將沉淀離心分離，用丙酮(每次用量80ml)洗滌沉淀5次，于50。C干燥10h，得到淺黃色 水溶性Ce02納米粒子。所制備的水溶性Ce02納米粒子的直徑約為10nm，粒子呈球形。
實(shí)施例3:稱取3mmo1的Ce(acac)3*H20,加入100ml的兩頸園底燒瓶中，再加入20ml 的2-吡咯垸酮。將溫度計(jì)插入一個(gè)瓶頸中，將水冷的回流冷凝管插入另一瓶頸中。將混合物 加熱到80°C， Ce(acac)3溶解于2-吡咯烷酮中，得到0.15mol/L的乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶 液，將該溶液加熱至230。C進(jìn)行回流100min，將加熱套移走，冷卻至室溫，得到含有水溶性 Ce02納米粒子的透明棕色溶膠。向該溶膠中加入300ml的甲醇，有水溶性Ce02納米粒子沉 淀析出，將沉淀離心分離，用丙酮(每次用量80ml)洗滌沉淀5次，于60。C干燥5h，得到淺 黃色水溶性Ce02納米粒子。所制備的水溶性Ce02納米粒子的直徑約為8nm，粒子呈球形。
權(quán)利要求
1、一種制備水溶性二氧化鈰納米晶的方法，其特征在于，在溶液中采用回流水解方法，制備產(chǎn)物為水溶性二氧化鈰納米粒子，其步驟為一、分散于溶液中的水溶性CeO2納米粒子的合成將乙酰丙酮鈰加入到2-吡咯烷酮中，將混合物加熱，乙酰丙酮鈰溶解于2-吡咯烷酮中，得到乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液，將該溶液回流，得到含有水溶性CeO2納米粒子的透明棕色溶膠，該溶液的組成及技術(shù)參數(shù)為乙酰丙酮鈰的2-吡咯烷酮溶液的濃度為0.1～0.2mol/L，乙酰丙酮鈰在2-吡咯烷酮中溶解的溫度為75～85℃，回流溫度為225～240℃，回流時(shí)間為60～120min；二、水溶性CeO2納米粒子與溶液的分離將含有水溶性CeO2納米粒子的透明棕色溶液冷卻至室溫后，向該溶液中加入甲醇，有水溶性CeO2納米粒子沉淀析出；將沉淀離心分離，并用丙酮洗滌，甲醇用量為200～300ml，丙酮用量為50～80ml；于N2流干燥或50～60℃干燥5～10h，得到淺黃色固體顆粒，此固體顆粒即為水溶性CeO2納米粒子，至此得到水溶性CeO2納米粒子。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的7jC溶性二氧化鈰納米晶的制備方法，其特征在于，反應(yīng)起始原料 乙酰丙酮鈰的濃度為0.1mol/L、' 0.15mol/L和0.2mol/L中的一個(gè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性二氧化鈰納米晶的制備方法，其特征在于，溶劑和表面修 飾劑2-吡咯垸酮的用量為20mL。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性二氧化鈰納米晶的制備方法，其特征在于，使水溶性的二 氧化鈽納米粒子沉淀析出的試劑甲醇的用量為200mL和300mL中的一個(gè)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TK溶性二氧化鈰納米晶的制備，，其特征在于，洗滌試劑丙酮 的用量為50mL和80mL中的一個(gè)。
全文摘要
一種制備水溶性二氧化鈰納米晶的方法屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有的CeO₂納米粒子包括未表面修飾和油溶性CeO₂納米粒子。本發(fā)明采用回流水解法。步驟為一、分散于溶液中的水溶性CeO₂納米粒子的合成。采用回流水解法，鈰源為乙酰丙酮鈰，溶劑和表面修飾劑采用2-吡咯烷酮。技術(shù)參數(shù)為回流水解溫度為225～240℃，回流時(shí)間為60～120min。二、水溶性CeO₂納米粒子與溶液的分離。將含有水溶性CeO₂納米粒子的溶液冷卻至室溫，用甲醇沉淀，離心分離，用丙酮洗滌，干燥。技術(shù)參數(shù)為甲醇用量為200～300ml，丙酮用量為50～80ml，用N₂流干燥4h或于50～60℃干燥5～10h。最終制備的水溶性CeO₂納米粒子的平均粒徑約為5nm～10nm，呈球形。
文檔編號(hào)C01F17/00GK101306830SQ20081005094
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者于文生, 劉桂霞, 李正宇, 王進(jìn)賢, 董相廷 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)