一種二氧化鈰納米立方塊的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種合成二氧化鈰納米立方塊的方法，涉及無機納米材料合成【技術領域】。采用CO輔助溶劑熱法：以硝酸鈰銨為前驅(qū)體，在氫氧化鈉溶液、油酸和乙醇的混合體系中，引入CO氣體，將反應釜中CO的壓強調(diào)至2～20bar，攪拌速度調(diào)至60～400r/min，在60～200℃的溫度下反應6～24h，得到產(chǎn)物，用一定配比的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在常壓下烘干，烘干溫度為60℃。本發(fā)明具有制備工藝簡單、成本低廉、產(chǎn)量較高的優(yōu)點，所得CeO2納米立方塊結晶度高、尺寸均一（4.5nm左右）、分散性好。
【專利說明】一種二氧化鈰納米立方塊的合成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈰納米立方塊的合成方法，屬于無機材料合成【技術領域】?！颈尘凹夹g】
[0002]納米二氧化鈰是一種重要的稀土金屬氧化物，具有獨特的變價和儲氧性能，可廣泛應用于催化劑、氧傳感器、紫外吸收材料、燃料電池等。
[0003]納米二氧化鈰的形貌、表面結構對其性能具有顯著影響，暴露較多高能面的CeO2納米立方塊展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。根據(jù)文獻報道，Yang等(J.AM.CHEM.S0C.2006, 128，9330-9331)在水/甲苯/油酸體系中通過調(diào)整反應物的比例，得到了尺寸和形貌可控的CeO2納米立方塊；Wu等(J.Phys.Chem.C，2008, 112，17076-17080)通過改變水熱反應體系中陰離子的種類和含量得到了 CeO2納米立方塊?？傊?，制備形貌、尺寸可控的二氧化鈰納米材料是一個備受重視的課題，提供一種簡易可行、產(chǎn)量較高，且得到分散性好、尺寸均一的二氧化鈰納米材料的合成方法是非常必要的。
[0004]近年來，表面吸附成為一個研究熱點，人們采用理論和實驗相結合的手段，試圖在原子和分子水平上探究吸附行為，進而指導材料的合成。研究表明，利用小分子(CO、H2, O2等)的吸附已經(jīng)成為控制晶體表面結構的有效手段，尤其是在合成貴金屬方面取得了一些成果。Yang 等(Phys.Chem.Chem.Phys., 2010, 12, 3038 - 3043)對金簇的進行了詳盡的理論研究之后發(fā)現(xiàn)，CO與其表面的化學吸附會導致金簇幾何結構發(fā)生從二維到三維的轉(zhuǎn)變;Wu等(J.Am.Chem.Soc.，2012，134，8975-8981)在液相反應中引入氣體作為還原劑，得到了不同形貌的鉬合金。目前為止，還未有文獻報道利用氣體小分子的吸附來指導金屬氧化物的合成。
[0005]二氧化鈰晶體屬于立方晶系，是面心立方結構，包括(111)、( 110)和(100)三種晶面。CO分子在這三種晶面上的.選擇性吸附會促進晶體的選擇性生長，從而達到控制晶體形貌的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明目的在于提供一種新穎的CeO2納米立方塊的合成方法，采用CO輔助溶劑熱法，在動態(tài)反應釜中制備得到結晶度高、分散性好、形貌均勻的CeO2納米立方塊，并且產(chǎn)
量較高。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案得到:
[0008]一種二氧化鈰納米立方塊的合成方法，其特征在于利用小分子氣體吸附，在動態(tài)反應釜中合成，包括以下步驟:
[0009](I)將1.5mol/L的10?IOOml氧氧化納溶液、5?50ml油酸和15?150ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將1.5mol/L的5?50ml硝酸鈰銨溶液滴加到上述溶液中形成混合液；
[0010](2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到50?IOOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，排出空氣通入CO氣體，反應釜中CO的壓強調(diào)至4?12bar，在120°C的溫度下反應IOh ;得到的產(chǎn)物用環(huán)己烷和乙醇的混合液洗滌，離心分離之后進行干燥。
[0011]進一步，所述的制備方法，其合成過程在動態(tài)反應釜中進行，將攪拌速度調(diào)至100?300r/min進行反應。
[0012]所述的制備方法，在合成體系中引入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至4?12bar進行反應。
[0013]進一步，所述的制備方法，其反應所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0014]本發(fā)明采用的合成技術工藝簡單，反應周期較短，通過在體系中引入CO氣體，利用CO分子在CeO2表面的選擇性吸附，使得其表面選擇性生長，從而得到結晶度高、尺寸均一(4.5nm左右)、分散性好的CeO2納米立方塊。此發(fā)明采用的CO氣體輔助溶劑熱技術也可以拓展到其它無機納米材料的合成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明所得的CeO2納米立方塊的XRD圖譜
[0016]圖2為實施例1所得的CeO2納米立方塊的TEM圖
[0017]圖3為實施例2所得的CeO2納米立方塊的TEM圖
[0018]圖4為實施例3所得的CeO2納米立方塊的TEM圖
[0019]圖5為實施例4所得的CeO2納米立方塊的TEM圖
[0020]圖6為實施例5所得的CeO2納米立方塊的TEM圖[0021 ]圖7為實施例6所得的CeO2納米立方塊的TEM圖
【具體實施方式】:
[0022]本發(fā)明制備所得的產(chǎn)品，其晶體結構由X射線衍射儀測定，材料形貌由透射電子顯微鏡測定。
[0023]實施實例I
[0024]將IOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、5ml油酸和15ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將5ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移到IOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中⑶的壓強調(diào)至8bar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至100?300r/min反應IOh ;待反應結束冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0025]實施實例2
[0026]將IOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、5ml油酸和15ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將5ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移到IOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至4bar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至200r/min反應IOh ;待反應結束冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。[0027]實施實例3
[0028]將IOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、5ml油酸和15ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將5ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移到IOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至6bar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至200r/min反應IOh ;待反應結束冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0029]實施實例4
[0030]將IOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、5ml油酸和15ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將5ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移到IOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至12bar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至200r/min反應IOh ;待反應結束冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0031]實施實例5
[0032]將IOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、5ml油酸和15ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將5ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移50ml到動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至8bar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至200r/min反應IOh ;待反應結束 冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0033]實施實例6
[0034]將IOOml氫氧化鈉溶液(1.5mol/L)、50ml油酸和150ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將50ml硝酸鈰銨溶液(1.5mol/L)滴加到上述溶液中形成黃色沉淀；將上述混合液轉(zhuǎn)移IOOOml到動態(tài)反應釜中，密封好之后，通入CO氣體，經(jīng)過多次置換排出空氣之后，將反應釜中CO的壓強調(diào)至Sbar ;將動態(tài)反應釜的溫度調(diào)至120°C，攪拌速度調(diào)至200r/min反應IOh ;待反應結束冷卻到室溫之后，所得的產(chǎn)物用1:5的環(huán)己烷和乙醇洗滌，進行離心分離之后在60°C的溫度下于烘箱中干燥。
[0035]圖1為CeO2納米立方塊的X射線衍射圖譜，所有的衍射峰均很好地對應于立方相CeO2，衍射峰強且尖銳，說明樣品結晶性好。圖2?7為CeO2納米立方塊的透射電子顯微鏡圖，從圖中可以看出所得的樣品分散性好、尺寸均一。
【權利要求】
1.一種二氧化鈰納米立方塊的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將1.5mol/L的10?IOOml氧氧化納溶液、5?50ml油酸和15?150ml乙醇混合，不斷攪拌直至溶液澄清透明；然后將1.5mol/L的5?50ml硝酸鈰銨溶液滴加到上述溶液中形成混合液； (2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到50?IOOOml動態(tài)反應釜中，密封好之后，排出空氣通入CO氣體，反應釜中CO的壓強調(diào)至4?12bar，在120°C的溫度下反應IOh ;得到的產(chǎn)物用環(huán)己烷和乙醇的混合液洗滌，離心分離之后進行干燥。
2.根據(jù)權利要求1所述的合成方法，其特征在于:將動態(tài)反應釜的攪拌速度調(diào)至100?300r/min進行反應。
3.根據(jù)權利要求1所述的合成方法，其特征在于:環(huán)己烷和乙醇的混合液兩者體積比為1:5，進行離心分離之后在.60°C的溫度下于烘箱中干燥。
【文檔編號】B82Y30/00GK103435087SQ201310322467
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權日:2013年7月29日
【發(fā)明者】陳標華, 賀業(yè)亨, 梁鑫 申請人:北京化工大學