一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，属于纳米材料技术领域，包括以下步骤：制备氢氧化铈悬浮液；将正癸酸加至所述氢氧化铈悬浮液中，在150‑200℃进行预热，紧接着在350‑450℃反应成核并生长，之后快速低温冷却，制得反应液；将所述反应液进行离心，得到二氧化铈沉淀，并用环己烷对所述二氧化铈沉淀进行溶解收集，冷冻干燥，制得二氧化铈粉末；将所述二氧化铈粉末在280‑320℃进行热处理，制得纳米二氧化铈；本发明专利技术方法无需掺杂异质金属离子，制得的二氧化铈形貌可控，尺寸均匀，氧储存能力高，催化活性显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法。
技术介绍
二氧化铈(CeO2)，作为一种廉价且十分重要的稀土氧化物，具有高温下强氧化还原能力和阳离子传导性能，被广泛应用于催化剂、固态氧化物燃料电池电极材料、抛光研磨材料及生物材料等领域。特别是纳米CeO2具有优越的氧储存能力(OSC)与快速的氧空位扩散能力而被广泛应用于三效催化反应(Three-wayCatalysts)装置中，成为极具应用前景的汽车尾气净化催化材料。随着我国CeO2的出口量增加，以及国内外市场逐年增长的经济需求，生产出高质量、高纯度、高性能的纳米CeO2产品势在必行。现有的二氧化铈纳米晶体催化活性不高，主要在于所制备的二氧化铈纳米晶体大小尺寸不均匀，形貌不可控，导致具有高储氧能力的{100}暴露面较少，另外较小的比表面积以及活性组分分散度较低也导致了其催化性能较弱。目前国内外研究者主要采用异质金属离子掺杂的方法对CeO2进行改性，以增加催化剂中活性组分在载体上的分散度，提高其催化性能。而通过调控CeO2本身结构以调控材料的光催化性能的报道却很少见。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开了一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，无需掺杂异质金属离子，制得的纳米二氧化铈晶体尺寸均匀，形貌可控，氧储存能力高，从而提高了催化活性。一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：S1：制备氢氧化铈悬浮液；S2：将正癸酸加至所述氢氧化铈悬浮液中，在150-200℃进行预热，紧接着在350-450℃反应成核并生长，之后快速低温冷却，制得反应液；将所述反应液进行离心，得到二氧化铈沉淀，并用环己烷对所述二氧化铈沉淀进行溶解收集，冷冻干燥，制得二氧化铈粉末；S3：将所述二氧化铈粉末在280-320℃进行热处理，制得纳米二氧化铈。优选地，S1中，所述氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈浓度为0.01-0.1mol/L。优选地，S1中，所述氢氧化铈悬浮液的制备过程如下：按照氢氧化钠和硝酸铈摩尔比为4-5:1的比例，将硝酸铈水溶液加至氢氧化钠水溶液中充分反应，制得所述氢氧化铈悬浮液。优选地，S2中，所述正癸酸和所述氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈的摩尔比为6-30:1。优选地，S2中，预热时间为15-30min，反应成核并生长的时间为10-30min。优选地，S2中，冷却条件为在0-20℃下快速冷却至室温。优选地，S2中，所述离心包括以下步骤：在所述反应液中加入正己烷和无水乙醇的混合溶剂Ⅰ，并在转速8500-9500r/min下，离心15-25min，取出沉淀，在沉淀中加入环己烷和无水乙醇的混合溶剂Ⅱ，在转速8500-9500r/min下，离心15-25min，得到二氧化铈沉淀。优选地，所述混合溶剂Ⅰ和氢氧化铈悬浮液的体积比为4:1，所述混合溶剂Ⅱ和氢氧化铈悬浮液的体积比为3:1。优选地，所述混合溶剂Ⅰ中，正己烷和无水乙醇的体积比为1:1；所述混合溶剂Ⅱ中，环己烷和无水乙醇的体积比为1:1。优选地，S3中，所述热处理的时间为1.5-2.5h，升温速度5℃/min。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供了一种纳米二氧化铈的制备方法，在氢氧化铈悬浮液加入正硅酸，之后首先进行低温(150-200℃)预热，并迅速转移到高温(350-450℃)条件下时，可以快速升温达到高温高压状态，使得氢氧化铈快速反应成核并生长，通过之后快速低温冷却，使得二氧化铈晶体快速定型；正癸酸对二氧化铈不同晶面具有选择优先性，正癸酸的存在抑制二氧化铈纳米晶体的长大，通过控制正癸酸含量可以形成尺寸均匀的不同形貌的二氧化铈纳米晶体，之后再通过离心、干燥、热处理即可，整个制备过程操作简单；本专利技术方法制得的二氧化铈形貌可控，尺寸均匀，氧储存能力高，使得催化活性显著提高。附图说明图1为纳米二氧化铈的TEM图；其中，a为实施例1制得的纳米二氧化铈；b为实施例2制得的纳米二氧化铈；图2为实施例1制得的纳米二氧化铈的X射线衍射图谱；图3为实施例1制得的纳米二氧化铈的储氧性能图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。下述实施例中所述的实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的试剂和原料，如无特殊说明，均可在市场购买得到。实施例1一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：(1)配制0.1mol/L硝酸铈水溶液和0.3mol/L氢氧化钠水溶液；(2)取上述(1)配制的硝酸铈水溶液50mL逐滴加入上述(1)配制的75mL氢氧化钠水溶液中，搅拌18h，得到亮黄色的氢氧化铈悬浮液；(3)将上述(2)得到的氢氧化铈悬浮液配制成0.02mol/L悬浮液；(4)将上述(3)配制的氢氧化铈悬浮液20mL加入不锈钢反应釜中，再以正癸酸与氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈摩尔比值为8的比例加入正癸酸，密封摇匀；(5)将上述(4)密封的不锈钢反应釜放入150℃烘箱中保持30min，迅速转移到350℃马弗炉中保温10min反应；(6)将上述(5)反应完后的不锈钢反应釜掷入0℃水中快速冷却至室温；(7)取出上述(6)冷却后不锈钢反应釜中的溶液，加入40mL正己烷及40mL无水乙醇的混合溶剂，取出上清液至离心管中，9000r/min，20min进行第一次离心；(8)将上述(7)第一次离心完得到的下沉淀加入30mL环己烷及30mL无水乙醇的混合溶剂，9000r/min，20min进行第二次离心；(9)将上述(8)第二次离心得到的二氧化铈沉淀用环己烷溶解收集，进行冷冻干燥，制得二氧化铈粉末；(10)将上述(9)冷冻干燥得到的二氧化铈粉末进行热处理，使有机表面活性剂完全去除，300℃，2h，5℃/min升温速度，制得纳米二氧化铈。实施例2一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，包括以下步骤：(1)配制0.1mol/L硝酸铈水溶液和0.3mol/L氢氧化钠水溶液；(2)取上述(1)配制的硝酸铈水溶液50mL逐滴加入上述(1)配制的75mL氢氧化钠水溶液中，搅拌20h，得到亮黄色的氢氧化铈悬浮液；(3)将上述(2)得到的氢氧化铈悬浮液配制成0.01mol/L的悬浮液；(4)将上述(3)配制的氢氧化铈悬浮液20mL加入不锈钢反应釜中，再以正癸酸与氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈摩尔比值为30的比例加入正癸酸，密封摇匀；(5)将上述(4)密封的不锈钢反应釜放入200℃烘箱中保持15min，迅速转移到450℃马弗炉中保温30min反应；(6)将上述(5)反应完后的不锈钢反应釜掷入20℃水中快速冷却；(7)取出上述(6)冷却后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：制备氢氧化铈悬浮液；/nS2：将正癸酸加至所述氢氧化铈悬浮液中，在150-200℃进行预热，紧接着在350-450℃反应成核并生长，之后快速低温冷却，制得反应液；将所述反应液进行离心，得到二氧化铈沉淀，并用环己烷对所述二氧化铈沉淀进行溶解收集，冷冻干燥，制得二氧化铈粉末；/nS3：将所述二氧化铈粉末在280-320℃进行热处理，制得纳米二氧化铈。/n

【技术特征摘要】
1.一种高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备氢氧化铈悬浮液；
S2：将正癸酸加至所述氢氧化铈悬浮液中，在150-200℃进行预热，紧接着在350-450℃反应成核并生长，之后快速低温冷却，制得反应液；将所述反应液进行离心，得到二氧化铈沉淀，并用环己烷对所述二氧化铈沉淀进行溶解收集，冷冻干燥，制得二氧化铈粉末；
S3：将所述二氧化铈粉末在280-320℃进行热处理，制得纳米二氧化铈。


2.根据权利要求1所述的高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，S1中，所述氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈的浓度为0.01-0.1mol/L。


3.根据权利要求2所述的高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，S1中，所述氢氧化铈悬浮液的制备过程如下：
按照氢氧化钠和硝酸铈摩尔比为4-5:1的比例，将硝酸铈水溶液加至氢氧化钠水溶液中充分反应，制得所述氢氧化铈悬浮液。


4.根据权利要求1所述的高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，S2中，所述正癸酸和所述氢氧化铈悬浮液中氢氧化铈的摩尔比为6-30:1。


5.根据权利要求1所述的高催化活性纳米二氧化铈的制备方法，其特征在于，S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓东，张帅，徐阳，许并社，马淑芳，尉国栋，韩斌，单恒升，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61