一种制备棒状、立方体和多面体氧化铈的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备不同形貌氧化铈的方法。具体涉及一种多元醇溶剂热晶化法制备棒状、立方体和多面体氧化铈的方法。该方法的优势在于避免强碱沉淀剂的使用，催化剂制备过程简单、得到的产品中不含强碱金属离子(如Na

【技术实现步骤摘要】
一种制备棒状、立方体和多面体氧化铈的方法


[0001]本专利技术涉及一种氧化铈的合成方法，具体涉及棒状、立方状和多面体状氧化铈的制备方法。

技术介绍

[0002]铈是镧系元素的第二个元素，是地球上第25种最丰富的元素，其储量与铜的储量一样丰富。铈的化合物种类繁多，其中氧化铈因其独特的物理化学性质被广泛应用于陶瓷(电子陶瓷等)、催化(催化剂、催化剂载体、助剂)、医学(纳米酶、紫外线吸收剂)、抛光(抛光粉、抛光液等)、固体氧化物燃料电池(燃料电池电解质)等领域。
[0003]氧化铈为面心立方萤石型结构，氧化铈粒子通常以多面体的形式结晶，主要集中在(111)族的低能表面，其次是(110)和(100)。通过调节压力、温度、pH、溶剂、浓度以及前驱体和添加剂的特性等几个参数，可以改变晶体在不同方向上的生产速率，从而形成不同形貌的氧化铈。
[0004]目前报道不同形貌的氧化铈主要有：各个方向上具有相似尺寸的零维结构的球形、立方体和多面体等；在某一方向上具有相似尺寸的一维结构的线状、棒状和束状等；在偏平方向上具有相似尺寸的二维结构的有盘状和片状等；其他复杂的多级结构有介孔结构、核壳结构、菊花状、梭状等。
[0005]制备氧化铈的方法有很多，包括沉淀法、热分解法、水热或溶剂热法、溶胶凝胶法、电化学合成法、模板法、研磨法、熔盐法等等。
[0006]沉淀法制备工艺简单，将铈的可溶前驱体盐溶液与沉淀剂的溶液相混合，在一定条件下得到沉淀物，沉淀物经固液分离、洗涤、干燥、焙烧记得氧化铈材料。这种方法有利于实现工业化，但粒径颗粒偏大。例如周新木【周新木,王爱勤,李静等.高密度碳酸稀土制备超细抛光粉的研究,稀土,2015,36(5):25
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29】等人向氯化铈溶液中添加碳酸氢铵沉淀剂，得到粒径约200
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300nm的高密度碱式碳酸铈，经高温处理制备出氧化铈。热分解法是将铈的前驱体盐在高温条件下直接分解成氧化铈，此方法简单可控，可实现工业化生产，但高温下易发生离子团聚，颗粒粒径也较大。例如李永绣【李永绣,程昌明,陈伟凡等.水合醋酸铈直接热分解制备超细氧化铈及其抛光性能.无机化学学报,2006,22(4):733
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737】等人通过高温焙烧水合醋酸铈制备出分散性良好的粒径为0.4
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0.7μm范围的类球形纳米颗粒团聚体氧化铈。模板法是以一些具有规则形状和结构的物质为模板剂，可制备出结构独特的尺寸高度统一的产物，但有些时候模板剂难以除去，影响后续产品应用。赵国峥【赵国峥,李长波,廉畅等.以淀粉为模板多孔纳米氧化铈的制备及其催化性能研究.环境科学研究,2018,32(1),52
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57】等人在温和的条件下以硝酸铈为铈源，以淀粉为模板剂，制备出海绵多孔状氧化铈。研磨法和熔盐法制备的氧化铈材料均一性相对差些。
[0007]水热或溶剂热制备氧化铈是将反应液倒入特制的高压反应釜中，在一定条件下(温度、压力等)晶化处理。反应体系处于亚临界或者超临界状态，溶剂和溶质的物理化学性质都有着巨大变化，易生成新型形态的亚稳态物质，有利于新形貌材料的生成。水热/溶剂
热法影响因素众多，前驱体盐、溶剂种类、添加剂、温度、压力、时间等都对最终的产品形态和尺寸有重要影响。因此，对这些参数的精准控制使合成特定形貌氧化铈的关键，也是技术的核心。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的问题在于提供一种合成棒状、立方体状和多面体状氧化铈的方法，通过控制沉淀与晶化过程，以及多元醇种类的调节和条件的控制、实现了棒状、立方体状和多面体状氧化铈的合成。方法简单易操作，多元醇绿色环保，工艺过程中使用的材料安全。
[0009]技术方案为：
[0010]铈的可溶前驱体盐溶液与沉淀剂溶液，按一定比例在一定温度下混合后，所得沉淀物，经过滤、洗涤后，再重新分散于二元醇或多元醇(其中碳数≥3)或多元醇溶液中，然后置于一定温度下晶化处理一段时间后，样品混合物经过滤、洗涤、干燥即可得棒状、立方状和多面体状氧化铈。
[0011]所述铈的可溶盐包括：硝酸铈、氯化铈、硫酸铈、硝酸铈铵、醋酸铈、乙酰丙酮铈、草酸铈中的一种或两种以上；
[0012]沉淀剂为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水中的一种或两种以上；
[0013]溶解铈前驱体盐和沉淀剂的溶剂为：水、乙醇或其与水的任一比例溶液；
[0014]铈前驱体盐中Ce与沉淀剂的摩尔比为1/10
‑
1/30；
[0015]沉淀时溶液的温度为20
‑
90℃。
[0016]所述二元醇包括：C2
‑
C6的二元醇或其混合溶液或其混合水溶液；
[0017]所述多元醇包括：室温为液态的多元醇(其中碳数≥3)和室温为固态的多元醇(其中碳数≥3)的水溶液、或上述醇类的混合溶液；
[0018]室温液态醇的水溶液中水的质量分数为5
‑
95％；
[0019]晶化前溶剂占总质量的50
‑
95％；
[0020]晶化温度为120
‑
240℃；晶化时间为6
‑
72h。
[0021]提供一种方案：
[0022]所述二元醇包括：乙二醇、丙二醇、丁二醇；
[0023]所述多元醇包括：甘油或其水溶液、赤藓糖醇、季戊四醇、木糖醇、葡萄糖、山梨醇的水溶液(其中醇类质量分数为5％
‑
50％)；
[0024]提供一种方案：
[0025]铈前驱体盐中Ce与沉淀剂的摩尔比为1/20
‑
1/30；
[0026]晶化温度为150
‑
220℃；晶化时间为12
‑
48h。
[0027]提供一种方案：
[0028]晶化温度为170
‑
220℃；晶化时间为24
‑
48h。
[0029]该方法的优势在于避免强碱沉淀剂的使用，催化剂制备过程简单、得到的产品中不含强碱金属离子(如Na
+
和K
+
)，产品收率高。
[0030]有益技术效果：
[0031]1.本专利技术中所使用的原料廉价易得、绿色安全环保，制备过程可控易操作，可实现
棒状、立方状、多面体状氧化铈的控制制备；
[0032]2.此方法中避免使用NaOH、KOH等强碱沉淀剂，无强碱金属离子(如Na
+
、K
+
等)残留，产品纯度高、洗涤过程耗水少，能耗少。
附图说明
[0033]附图1为实施例1、8、9的产物的电镜图。
具体实施方式
[0034]为了对本专利技术进行进一步详细说明，下面给出几个具体实施案例，但本专利技术不限于这些实施例。
[0035]实施例1
[0036]将硝酸铈、沉淀剂尿素分别溶解在水溶液中，其中Ce与沉淀剂的摩尔比为1/30，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种棒状、立方状和多面体状氧化铈的合成方法，其特征在于：铈的可溶前驱体盐溶液与沉淀剂溶液混合后，所得沉淀物，经过滤、洗涤后，再重新分散于二元醇或多元醇(其中碳数≥3，优选范围3
‑
9)或多元醇(其中碳数≥3，优选范围3
‑
9)溶液中的一种或两种以上中，然后晶化处理后，样品混合物经过滤、洗涤、干燥即可得棒状、立方状和多面体状氧化铈中的一种或两种以上。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铈的可溶盐包括：硝酸铈、氯化铈、硫酸铈、硝酸铈铵、醋酸铈、乙酰丙酮铈、草酸铈中的一种或两种以上；沉淀剂为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、氨水中的一种或两种以上；溶解铈前驱体盐和沉淀剂的溶剂为：水、乙醇或乙醇与水的任一比例溶液；铈前驱体盐中Ce与沉淀剂的摩尔比为1/10
‑
1/30；沉淀时溶液的温度为20
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90℃。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述二元醇包括：C2
‑
C6的二元醇或其混合溶液或其混合水溶液；所述多元醇包括：室温为液态的多元醇(其中碳数≥3)或室温为固态的多元醇(其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，张志鑫，王业红，李书双，雷丽军，张健，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：