[发明专利]特殊形貌稀土氧化铈的制备方法

说明书

本发明涉及一种特殊形貌稀土氧化铈的制备方法，包括步骤：将柠檬酸钠溶于水中，之后加入尿素，搅拌形成混合溶液；将六水硝酸铈溶于水中，之后滴入混合溶液中，搅拌至溶液变为淡黄色；将得到的溶液置入反应釜中，100‑180℃加热12‑48h，之后冷却至室温；再抽滤收集得到白色沉淀，之后洗涤并焙烧，得到特殊形貌稀土氧化铈。本发明采用水热合成法制备得到了孔径分布在2‑4nm范围内的CeO₂，当添加水热反应时间为39h制备的比表面积为120.15m²/g的CeO₂合成的石墨烯负载Pt催化剂的电催化性能、抗中毒性及稳定性最优，对乙醇催化氧化反应的活化能最低。

技术领域

本发明涉及稀土化合物的制备技术领域，具体涉及一种特殊形貌稀土氧化铈的制备方法。

背景技术

直接乙醇燃料电池(DEFC)作为绿色能源，由于其污染物排放低、理论能量密度高、系统结构简单、操作便利，成为固定应用、交通运输、航空航海以及手机、笔记本电脑等移动设备领域最具吸引力的移动电源。但是，目前对DEFC的相关研究鲜有突破性进展，其主要原因是：电极动力学过程进行得较为缓慢，使得电极表面的活性位被类CO物种占据，产生了中毒的现象；乙醇中的C－C键裂解较为困难，因此其充分氧化成为CO₂的12电子迁移过程较难进行，这使得乙醇的氧化效率不高。目前对乙醇催化氧化所用的电极材料以Pt为主，但是Pt属于贵金属，价格昂贵，且易被类CO物种毒化，导致催化剂活性、稳定性变差，制约着DEFC的商业化发展及应用。因此，开发高效乙醇氧化电催化剂是直接乙醇燃料电池技术进步的关键。为了提高催化剂的电催化活性，将催化剂活性组分担载在载体上，可抑制催化剂粒子的团聚。碳材料由于具有较高比表面积、合理的孔隙结构以及良好的电子传导能力等特点，成为了催化剂载体材料的首选。

DEFC通常使用的催化剂载体主要有活性炭、介孔碳、碳纳米管以及石墨烯等。其中，石墨烯作为一个明星材料在能源应用领域受到广泛的关注，它具有特殊的二维层片状结构和高比表面积，具有优良的电学、热学和力学性能，是理想的催化剂载体。研究者通过添加充当催化剂载体的金属氧化物，利用其与贵金属之间的协同效应，开发了抗CO毒化的新型电催化剂。例如，Zhou等开发了PtRu-MnO₂/CNTs催化剂用于醇类氧化，氧化电流高于未经氧化物修饰的PtRu/CNTs催化剂；Feng等研究了Pd-WO₃/C阳极催化剂用于直接甲酸燃料电池，Pd/C催化剂的催化活性可以通过引入WO₃而得到提高；Wang等通过脉冲激光沉积法制备Pt-TiO₂/C催化剂用于直接乙醇燃料电池，Pt-TiO₂/C催化剂的循环伏安峰值电流密度是Pt/C催化剂的2.5倍，稳态电流密度可达8倍以上；Qiu等通过乙二醇微波法制备Pt-CeO₂/碳纳米管催化剂用于甲醇的催化氧化，表明掺入CeO₂后催化剂可大大提高甲醇的氧化效率；Masuda等通过X射线吸收精细结构谱(XAFS)发现了由于CeO_x中Ce³⁺被氧化成Ce⁴⁺，抑制了Pt氧化物的形成，从而有效地提高了氧还原反应的发生率；在Liu等人的研究发现CeO₂的引入减小了PtAu纳米颗粒的尺寸，增加了分散度，并提高了电催化活性。在众多金属氧化物中，CeO₂具有萤石结构，且Ce离子价态可在+3/+4价间转换，有良好的储放氧能力，适合作催化剂助剂。探究不同水热时间制备的CeO₂对Pt基催化剂电催化性能的影响，明确CeO₂对催化剂催化性能的作用机理，对研究开发新型高效催化剂具有重要意义。

发明内容