[发明专利]一种制备氧化铈纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种具有高比表面积的纳米固体电解质材料。

背景技术

由于具有高比表面积的纳米材料在光，电，声，磁等各个方面都较块体颗粒显示出更加优良的性质，所以越来越多的人将纳米材料研究的重点集中到了减小材料颗粒尺寸，提高粉体比表面积，缩小颗粒大小分布范围等方面上来，从而进一步改善纳米材料在化工，催化，陶瓷，电子等领域的应用前景(Weifan Chena，Fengsheng Li，Jiyi Yu，Leili Liu“A facile and novel route to high surface areaceria-based nanopowders by salt-assisted solution combustion synthesis”MaterialsScience and Engineering B 133(2006)151-156.)。例如，被称作21世纪的绿色能源的固体燃料电池(SOFC：将燃料与氧化剂气体通过离子导电氧化物形成的电化学反应而直接产生电能的全固态能量转换装置)，由于高温运行会导致电池材料长期运行的稳定性和寿命下降，所以寻求中温时(＜800℃，具有高离子电导率的电解质材料逐渐成为固体燃料电池研究领域的重点。钇掺杂氧化铈(Yttria-doped Ceria)因其具有高离子电导率和低的活化能，并保持单一的面心立方萤石结构，所以可能成为中温固体燃料电池的理想电解质材料。颗粒微小，分布均匀并具有高比表面积的钇掺杂氧化铈纳米粉体不仅可以在较低温度下烧结得到陶瓷电极，而且材料的导电性也有望得到大幅提高。目前关于Y₂O₃掺杂CeO₂合成方法主要有：水热法、溶胶-凝胶法、微波辅助法等，但都存在工艺复杂、合成条件要求高、不适合批量生产的不足，而且所得纳米颗粒尺寸均匀性差、易团聚、分散效果不佳。比表面积仅达到33-43m²/g(K.Yamashita，K.V.Ramanujachary，M.Greenblatt，“Hydrothermal synthesis and low temperatureconduction properties of substituted ceria ceramics”Solid State Ionics 81(1995)53-60；X.Luo，B.Zhu，C.Xia，G.A.Niklasson，C.G.Granqvist“Transparent ion-conductingceria-zirconia films made by sol-gel technology”Solar Energy Materials and SolarCells 53(1998)341-347；Yen-Pei Fu，Cheng-Hsiung Lin“Preparation of Y₂O₃-dopedCeO₂ nanopowders by microwave-induced combustion process”Journal of Alloysand Compounds 389(2005)165-168.)。

发明内容

本发明的目的在于通过简便的高温沉淀-低温陈化两步法制备大规模的钇掺杂氧化铈纳米粉体。

一种制备氧化铈纳米粉体的方法，其特征在于以分析纯的Y(NO₃)₃·6H₂O，Ce(NO₃)₃·6H₂O，为前驱体，用氨水为沉淀剂，按照化学剂量比Y_xCe_1-xO_2-x/2(0.0≤x≤0.3)称取Y(NO₃)₃·6H₂O和Ce(NO₃)₃·6H₂O，在50至200℃油浴中加热搅拌溶于水后，加入氨水得到大量钇掺杂氧化铈沉淀。将沉淀物迅速冷却至室温并静置陈化数天。然后将钇掺杂氧化铈洗涤，离心分离，干燥后即可得到颗粒分布均匀且具有很高比表面积的Y_xCe_1-xO_2-x/2纳米粉体。