一种制备氧化铈纳米球的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铈纳米球的制备方法。其方法包括步骤：S1：向硝酸铈、尿素混合溶液中加入PVP、柠檬酸，搅拌均匀后移入高压反应釜进行水热反应，获得氧化铈纳米球前驱物，通过调节柠檬酸含量来控制氧化铈纳米球的形貌，即低柠檬酸含量可制备多絮状氧化铈纳米球，柠檬酸含量高时可制备表面光滑纳米球；S2:将上述沉淀置于马弗炉中煅烧后分别获得不同形貌的氧化铈纳米球。本发明专利技术方法获得的氧化铈纳米球直径约为200nm，其中多絮状氧化铈纳米球具有大的比表面积，更多的贵金属修饰位点及反应活性位点，从而极大地提升了催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种制备氧化铈纳米球的方法
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种氧化铈纳米球的制备方法，尤其涉及表面光滑与表面多絮状氧化铈纳米球的制备方法。
技术介绍
面对我国日趋严峻的水资源短缺形势，如何处理妥善处理废水也逐渐成为人们关注的重中之重。废水总体上可以分为以下三类：工业废水，农业废水，生活废水。但这三类之中尤其以工业废水中释放的有机污染物对人们的健康生活造成的危害最大。不仅如此，而且水体中的有机污染物大部分都是来源于那些未经处理的工业废水。其中，难降解的有机污染物大都来自于与化学相关的有机合成，例如医药合成和农药制备过程中的副产物等，且以硝基苯酚类芳香族化合物居多。稀土元素独特的4f电子结构，使其化合物在光、电、磁领域，环境保护和生物医药等方面得到广泛的应用。在所有的稀土元素中，铈元素是丰度最高且最为廉价的。因此二氧化铈(CeO2)材料具有比较高的开发价值。现阶段，金(Au)被用作4-硝基苯酚转化成4-氨基苯酚过程的催化剂，但是Au的昂贵价格限制了其在这一领域的广泛应用。同时其催化效果与粒径有直接关系，Au颗粒的团聚会降低比表面积，导致反应物的结合位点显著减少，这也是限制其催化效率的主要原因。因此开发一种能够优先降低负载Au颗粒团聚并减小负载Au颗粒粒径的材料十分必要。与表面光滑的CeO2纳米球相比多絮状的CeO2纳米球有着大比表面积，为Au颗粒的负载提供了更多位置，防止Au颗粒的大量团聚，减小Au颗粒的粒径。除此之外，大比表面积还为催化反应提供了更多活性位点，有利于提高催化反应效率。专利技术内容(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种比表面积大，从而有效降低Au颗粒团聚，增强催化性能的表面光滑CeO2纳米球和多絮状CeO2纳米球。本专利技术还提供一种上述CeO2纳米球的制备方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：S1：向硝酸铈、尿素混合溶液中加入PVP、柠檬酸，搅拌均匀后移入高压反应釜进行水热反应，获得氧化铈纳米球前驱物，通过调节柠檬酸含量来控制氧化铈纳米球的形貌，即低柠檬酸含量可制备多絮状氧化铈纳米球，柠檬酸含量高时可制备表面光滑纳米球；S2:将上述沉淀置于马弗炉中煅烧后分别获得不同形貌的氧化铈纳米球。在一个优选的实施方案中，S1中，硝酸铈溶液与尿素溶液是分别将硝酸铈与尿素溶于去离子水中得到并充分混合均匀。所述硝酸铈溶液的浓度为0.01-0.05g/mL，尿素溶液的浓度为0.04-0.4g/mL，PVP含量为0.01-0.05g/mL。在一个优选的实施方案中，S1中，柠檬酸含量为0.1-1.0g/L，可得到多絮状氧化铈纳米球前驱物。在一个优选的实施方案中，S1中，柠檬酸含量为1.2-2.0g/L，可得到表面光滑的氧化铈纳米球前驱物在一个优选的实施方案中，S1中，充分搅拌混合后将搅拌溶液移入高压反应釜中120-200℃下进行水热反应3-8h。在一个优选的实施方案中，S1中，将得到沉淀的反应体系在离心机中转速为3000-4000rpm离心分离8-10min，除去上清液，收集沉淀。置于干燥箱中50-60℃干燥2-4h。在一个优选的实施方案中，S2中，将干燥后的产物置于马弗炉中煅烧。煅烧温度为300-500℃，煅烧时间为1-4.5h。按照本专利技术的方法，可获得大比表面积的多絮状CeO2纳米球，以及表面光滑的CeO2纳米球，直径均约为200nm。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种大比表面积的多絮状氧化铈纳米球和表面光滑氧化铈纳米球的制备方法。该方法有如下特点：1.水热反应在相对高的温度和压力下进行，可实现在常规条件下不能进行的反应得到纳米颗粒；2.煅烧之后的产品纯度较高、颗粒均匀、结晶良好、晶型可控、分散性好；3.通过控制柠檬酸含量可实现氧化铈纳米球表面性质的调节4.多絮状产物具有大比表面积，为Au颗粒的负载提供了更多位点，防止团聚。同时提供更多反应位点，提高催化效率；5.工艺简单易操作，生产成本低，过程污染小，产品产率高，重复性好，适合大规模生产。本专利技术方法制备的表面光滑与多絮状氧化铈纳米球，具有以下优点：颗粒尺寸均一、比表面积大(表面光滑氧化铈纳米球约为125.4m2/g，表面多絮状氧化铈纳米球约为267.6m2/g)、分散的Au颗粒修饰效果从而得到较优的催化活性(表面多絮状氧化铈纳米球约为表面光滑球的4倍)。附图说明图1为本专利制备方法流程简图；图2为本专利制备得到的产物XRD图谱(分别为水热的无定形氧化铈前驱物，煅烧后的氧化铈和金修饰的氧化铈三种物质。从图中可以看出没有杂峰，说明合成的产物比较纯净)；图3为本专利实施例1制备得到的多絮状氧化铈的SEM照片(与图4相比可以明显观察到氧化铈纳米球周围出现絮状物)；图4为本专利实施例2制备得到的表面光滑氧化铈的SEM照片；图5为本专利实施例3中使用PVP作为添加剂制备得到的氧化铈纳米颗粒的SEM照片(颗粒尺寸为～100nm，但球形度较差)；图6为本专利实施例4中使用PVP，PEG作为添加剂制备得到的氧化铈纳米颗粒的SEM照片(颗粒尺寸为～100nm，但球形度较差)；图7为本专利实施例5中使用柠檬酸作为添加剂制备得到的氧化铈颗粒的SEM照片(颗粒尺寸为～1μm，存在部分球形颗粒，但是球形颗粒表面十分粗糙，且大量团聚)；图8为本专利制备得到的金颗粒修饰表面多絮状氧化铈的背散射SEM照片(从图中可以明显看出氧化铈纳米球尺寸均匀，约为200nm，分散度良好，且球周围有很多絮状物。图中高对比度区域即为金颗粒，可以看出金颗粒分散度良好)；图9为本专利制备得到的金颗粒修饰表面光滑的氧化铈的背散射SEM照片(氧化铈纳米球的粒径没有明显变化，球周围并无絮状物，金颗粒出现了部分团聚)；图10为本专利制备得到的金修饰多絮状氧化铈纳米球降解4-硝基苯酚的UV-vis吸收光谱；图11为本专利制备得到的金修饰多絮状氧化铈纳米球，金修饰无絮状氧化铈纳米球，多絮状氧化铈纳米球，无絮状氧化铈纳米球降解4-硝基苯酚过程的拟合动力学常数对比图。具体实施方案为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本实施方式提出一种氧化铈纳米球的方法，通过控制柠檬酸的含量，可分别制备表面光滑和多絮状氧化铈纳米球，该纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：S1：向硝酸铈、尿素混合溶液中加入PVP、柠檬酸，搅拌均匀后移入高压反应釜进行水热反应，获得氧化铈纳米球前驱物，通过调节柠檬酸含量来控制氧化铈纳米球的形貌，即低柠檬酸含量可制备多絮状氧化铈纳米球，柠檬酸含量高时可制备表面光滑纳米球；S2:将上述沉淀置于马弗炉中煅烧后分别获得不同形貌的氧化铈纳米球。具体地，S1包括如下步骤：S1.1：分别将硝酸铈与尿素溶于水中配制成溶液后充分混合均匀。得到混合溶液A。S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铈纳米球的制备方法。其特征在于，包括步骤：/nS1:向硝酸铈、尿素混合溶液中加入PVP、柠檬酸，搅拌均匀后移入高压反应釜进行水热反应，通过调节柠檬酸含量来控制氧化铈纳米球的形貌，即低柠檬酸含量可获得多絮状氧化铈纳米球前驱物，柠檬酸含量高时可制备表面光滑的氧化铈纳米球；/nS2:将上述沉淀置于马弗炉中煅烧后获得相应的氧化铈纳米球。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈纳米球的制备方法。其特征在于，包括步骤：
S1:向硝酸铈、尿素混合溶液中加入PVP、柠檬酸，搅拌均匀后移入高压反应釜进行水热反应，通过调节柠檬酸含量来控制氧化铈纳米球的形貌，即低柠檬酸含量可获得多絮状氧化铈纳米球前驱物，柠檬酸含量高时可制备表面光滑的氧化铈纳米球；
S2:将上述沉淀置于马弗炉中煅烧后获得相应的氧化铈纳米球。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，硝酸铈溶液与尿素溶液是分别将硝酸铈与尿素溶于去离子水中得到并充分混合均匀。所述硝酸铈溶液的浓度为0.01-0.05g/mL，尿素溶液的浓度为0.04-0.4g/mL，PVP含量为0.01-0.05g/mL。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，向混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：付海涛，王岩，盛惠朋，杨晓红，安希忠，邹清川，赵晨，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21