[发明专利]利用阳离子聚电解质模板调控合成花瓣状氧化铈的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种利用阳离子聚电解质模板调控合成花瓣状氧化铈的方法。

背景技术

由于包头稀土资源丰富，而且包头稀土资源的特点是以轻稀土占主导地位，铈含量占50%，因此开发铈资源优势尤为重要。

Ce具有独特的f电子构型，其化合物具有特殊的光、电和磁性质，纳米CeO₂由于粒径比较小，具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，由此而产生与传统材料不同的许多特殊性质，成为近年来材料科学中的研究热点。

CeO₂属于萤石型结构的氧化物，具有较为独特的晶体结构。萤石晶胞中金属阳离子按面心立方点阵排列，阴离子(O^2-)占据所有的四面体位置，每个金属阳离子被8个O^2-包围，而每个O^2-则有四个金属阳离子配位。该结构允许离子快速扩散，经高温还原后，CeO₂转化为具有氧缺位、非化学计量比的CeO_2-x氧化物(0<x<0.5)，在低温下(T<723K)CeO₂可形成一系列组成各异的化合物。CeO₂晶格上失去相当数量的氧，形成大量氧空穴之后，仍能保持萤石型晶体结构，这些亚氧化物暴露于氧化环境时易被氧化为CeO₂，因而CeO₂具有优越的储存和释放氧功能及氧化还原反应能力，被广泛应用于多相催化反应中，特别以CeO₂为助剂或载体的催化剂，在固体氧化物燃料电池、汽车尾气净化、CO完全氧化等反应中显示出了良好的催化性能。

目前，各种形貌和性能的氧化铈材料均有研究报道，如氧化铈孔径材料、自组装材料、功能材料、纳米管、纳米棒等。虽然制备氧化铈的方法很多，但目前还没有适合大规模工业生产的方法。

 

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用阳离子聚电解质模板调控合成花瓣状氧化铈的方法，它采用液相沉淀法，阳离子聚电解质聚烯丙基氯化铵（PAH）作为模板剂，制备出花瓣状的碳酸铈颗粒，再经过高温热处理后得到花瓣状氧化铈，其颗粒D₅₀为0.5～7μm，花瓣状叶片长度为6～15μm，平均长度为10μm，宽度为2～5μm，平均宽度为3μm，厚度为150～450nm，平均厚度为260nm，比表面积达到83～98m²/g，1000℃焙烧后比表面积达到13～18m²/g。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用阳离子聚电解质模板调控合成花瓣状氧化铈的方法，所述方法为采用液相沉淀法，以阳离子聚电解质聚烯丙基氯化铵PAH作为模板剂，制备出花瓣状的碳酸铈颗粒，再经过高温热处理后得到花瓣状氧化铈。  

具体步骤如下：

（1）、制备铈盐和PAH的混合溶液：配制浓度为1.55mol/L的铈盐溶液，调pH值为4，取该溶液1.5～16.5ml，加水至133ml；称取PAH固体粉末，加水100ml溶解；将PAH溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，使得Ce³⁺为0.01～0.11mol/L， PAH为0.3～1.2g/L；

（2）、制备沉淀剂溶液：称取沉淀剂，使得沉淀剂与氧化铈的质量比比值为1～2，加水溶解，使沉淀剂的浓度为0.01～0.10mol/L，搅拌混合均匀；

（3）、制备花瓣状碳酸铈颗粒：将沉淀剂溶液加入到铈盐和PAH的混合溶液中，加料时间为0～2h，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化0～48h，抽滤，烘干，得到花瓣状碳酸铈颗粒；

（4）、制备花瓣状氧化铈：花瓣状碳酸铈颗粒经过400-1000℃焙烧，得到花瓣状氧化铈。

所述铈盐为可溶于水的铈盐；可溶于水的铈盐为硝酸铈、氯化铈、醋酸铈或硫酸铈。

所述沉淀剂为含碳酸根的可溶性碳酸盐；含碳酸根的可溶性碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸钠。

抽滤后的滤饼水洗3次，醇洗2次，60℃烘干4h，得到花瓣状碳酸铈颗粒。

所获得的花瓣状碳酸铈颗粒在400-1000℃焙烧，升温速度100℃/h，保温时间2h，自然冷却至室温，得到花瓣状氧化铈颗粒。