[发明专利]一种选择性腐蚀Ce-MOFs制备高比表面积CeO2的方法

说明书

本发明提供了一种选择性腐蚀Ce‑MOFs制备高比表面积CeO₂的方法。利用Ce‑MOFs为牺牲模板，在一定的温度下进行不完全煅烧，即控制煅烧温度使Ce‑MOFs表面部分转化成CeO₂，内部未转化的Ce‑MOFs利用酸腐蚀的方法除去。在Ce‑MOFs表面的部分转化热解中，表面的有机配体分解，生成CO₂气体，使得热解后的CeO₂具有多孔结构；而利用酸选择性腐蚀未热解的Ce‑MOFs，获得空心结构。因此，本发明涉及一种在不完全煅烧情况下进行选择性腐蚀，获取具有空心/多孔结构、高比表面积CeO₂的新方法。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种选择性腐蚀Ce-MOFs制备高比表面积CeO₂的方法。

背景技术

空心/多孔结构材料广泛应用于催化、传感、燃料电池及药物运输等领域。与普通固体材料相比，前者具有比表面积高、催化活性位点多等优点。制备空心/多孔结构材料的方法已被广泛报道，但如何遴选出一种高效、通用的方法一直是材料领域的研究热点问题之一。近年来，有机金属骨架材料（MOFs）因具有高孔隙率、大比表面积、特殊的拓扑结构等特点，通过热分解MOFs方法制备多孔金属氧化物正受到广泛的关注。

热分解MOFs制备金属氧化物一般在高温下进行，以确保有机配体完全分解，进一步保证金属氧化物的纯度。例如，文献Chemical Science, 2015, 6(4):2495-2500中报道了高温热分解Ce(Cu)-BTC制备CeO₂(Cu)。根据热重曲线，作者选择了650℃为Ce(Cu)-MOFs的分解温度；文献Sustainable Energy & Fuels, 2017, 1中报道了在550℃下氩气氛围保护热分解Ce-BDC制备CeO₂@C锂电池阳极材料。虽然上述方法均获得了多孔金属氧化物，但其热分解温度高，易造成能源的浪费，不适于大规模生产应用，而且最终获得材料的晶粒在高温下容易烧结、变大，降低了纳米尺寸效应在催化反应中的作用。MOFs虽然具有多孔结构、高比表面积，但经高温煅烧后金属氧化物的比表面积降低较多。因此，探索一种新颖的制备方法，发挥MOFs煅烧产物的多孔优点，并且进一步提高热解后金属氧化物的比表面积，将具有重要的理论意义。

发明内容

为了突破现有技术的限制，克服现有技术的不足，本发明的目的在于发明一种选择性腐蚀Ce-MOFs制备高比表面积CeO₂的方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种选择性腐蚀Ce-MOFs制备高比表面积CeO₂的方法，包括如下步骤：

A、将Ce(NO₃)₃和H₃BTC溶解于去离子水和乙醇的混合溶剂中，搅拌均匀后将混合物在90℃油浴下搅拌加热2 h，然后离心、洗涤、干燥，得到形貌均一的Ce-MOFs棒；

B、将步骤A中制得的Ce-MOFs在一定氛围和温度下煅烧，保温时间2 h，升温速率5℃/min，得到壳层材料为CeO₂、内部为Ce-MOFs的核壳结构材料；

C、将步骤B中制得的CeO₂@Ce-MOFs核壳结构材料用酸洗涤、浸泡除去Ce-MOFs，经过离心、洗涤、干燥，得到具有空心/多孔结构的CeO₂。

上述步骤A所述Ce(NO₃)₃、H₃BTC、去离子水、乙醇用量比为（0.9-1.1 mmol）：（0.9-1.1 mmol）：（20-30 ml）：（20-30 ml）。

上述步骤B所述反应条件为空气氛围或富氧氛围。