[发明专利]一种制备水溶性二氧化铈纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料研究领域，具体说涉及水溶性CeO₂纳米晶的制备方法。

背景技术

纳米CeO₂粒子具有广泛的应用，例如，可用于汽车尾气三元净化催化剂，具有活性高、价格低、寿命长等优点，并代替了大部分贵金属，每年用量数千吨。纳米CeO₂可用于电子陶瓷和固体电解质。纳米CeO₂粒子可以修饰在金电极上，它是细胞色素C电化学反应的良好促进剂。纳米CeO₂粉末对紫外线的吸收极强，可用于制备紫外吸收材料，如用于吸收荧光灯管中的185nm短波紫外线，以提高灯管寿命，也用于防晒化妆品，防晒纤维，汽车玻璃等。塑料制品在紫外线作用下容易老化变脆，在其表面涂上含有氧化铈纳米微粒涂层(它对阳光是透明的)可防止塑料老化。坦克、汽车、舰船、贮油罐等表面上都需涂上树脂和橡胶类油漆，而这些油漆由于受阳光紫外线的照射而极易老化变脆，将氧化铈纳米粉末加入其中制成的防紫外线涂料，其抗老化性明显提高。CeO₂对玻璃等有较好的抛光作用，纳米CeO₂则有较高的抛光精密度，已用于液晶显示、硅单晶片、玻璃存储等的精密抛光。纳米级CeO₂可以提高PVC建材的耐候性。总之，纳米CeO₂的应用才刚刚开始，而且集中在高科技新材料领域，附加值高，应用面广，潜力巨大，商业前景十分看好。

纳米CeO₂粒子的制备方法很多，如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、胶溶法、微乳液法、室温固相法、微波加热法、水解法等。不同方法所制备的纳米CeO₂粒子的大小、形貌、团聚状态不同。纳米CeO₂粒子可以进行表面修饰，以改变纳米CeO₂粒子的性质。例如，将油酸、十八胺和DBS等修饰在纳米CeO₂粒子表面上，可以获得油溶性的纳米CeO₂，能溶于有机溶剂如苯、甲苯、二甲苯、氯仿等弱极性溶剂中。制备方法有胶溶法、微乳液法等。可以将油溶性的纳米CeO₂添加到汽油中，代替铅做为抗震剂。

水溶性的纳米CeO₂粒子将比未修饰的纳米CeO₂粒子具有更广泛的应用，如可以将其均匀地掺入到水溶液中而不沉淀，使纳米CeO₂粒子可以均匀地分布在最终的产品中，具有多种应用。本发明是采用溶液法制备水溶性CeO₂纳米晶。目前未见有水溶性CeO₂纳米晶制备的相关报道。

发明内容

为了实现采用回流水解法制备水溶性CeO₂纳米粒子，我们发明了一种水溶性CeO₂纳米粒子的制备方法。

本发明是这样实现的，通过回流水解法制备出含有水溶性CeO₂纳米粒子的2-吡咯烷酮溶胶，然后向其中加入甲醇使水溶性CeO₂纳米粒子沉淀出来，并用丙酮多次洗涤，制备产物为水溶性CeO₂纳米粒子，其步骤为：

一、分散于溶液中的水溶性CeO₂纳米粒子的合成

将乙酰丙酮铈(Ce(acac)₃·H₂O)加入到2-吡咯烷酮中，将混合物加热，乙酰丙酮铈溶解于2-吡咯烷酮中，得到乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液，将该溶液回流，得到含有水溶性CeO₂纳米粒子的透明棕色溶胶。该溶液的组成及技术参数为：乙酰丙酮铈的2-吡咯烷酮溶液的浓度为：0.1～0.2mol/L，乙酰丙酮铈在2-吡咯烷酮中溶解的温度为：75～85℃，回流温度为：225～240℃，回流时间为：60～120min。

二、水溶性CeO₂纳米粒子与溶液的分离

将含有水溶性CeO₂纳米粒子的透明棕色溶液冷却至室温后，向该溶液中加入甲醇，有水溶性CeO₂纳米粒子沉淀析出，将沉淀离心分离，并用丙酮洗涤。甲醇用量为：200～300ml，丙酮用量为：50～80ml。于N₂流干燥或50～60℃干燥5～10h，得到浅黄色固体颗粒，此固体颗粒即为水溶性CeO₂纳米粒子。至此得到水溶性CeO₂纳米粒子，粒子平均粒径约为5nm～10nm，呈球形。实现了发明目的。