[发明专利]一种高效的黑色二氧化铈材料的制备方法

说明书

本发明属于二氧化铈纳米材料制备相关技术领域，具体涉及一种黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法，包括：将硝酸铈铵与结晶乙酸钠溶于无水乙醇，并加入乙酸酸化，搅拌使上述固体溶解并转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜中，在鼓风烘箱内经溶剂热反应得到悬浊液。将该悬浊液多次洗涤、离心，最后真空冷冻干燥获得黑色二氧化铈纳米颗粒。本发明所述的制备方案流程简单，成本低廉，实验条件较温和。本发明所述的黑色二氧化铈纳米材料在室温下物化性质稳定，在紫外‑可见光区域具有优于浅色二氧化铈材料的吸收强度，在近红外区光的辐射下具有良好的光热转化性能。

技术领域

本发明属于二氧化铈纳米材料制备相关技术领域，具体涉及一种黑色二氧化铈纳米材料及其制备方法。

技术背景

稀土元素由于具有独特的4f电子构型，其氧化物具有特殊的光、电、磁特性，被誉为当代工业材料的宝库。纳米材料独特的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应使其表现出不同于常规材料的特殊性能。二氧化铈(CeO₂)是一种常见的先进材料。在纳米尺度下，由于表面氧缺陷的产生，二氧化铈中部分Ce³⁺和Ce⁴⁺能够可逆的转化以稳定缺陷，更大的比表面积为优异的催化性能提供了保障。二氧化铈纳米颗粒在300至450nm的范围有宽泛的吸收带，并随着粒径的减小，吸收带发生红移，具有较强的紫外光吸收能力。此外，CeO₂具有适度的硬度(莫氏硬度约6至7)和化学活性，因此被广泛应用于光学玻璃和硬盘基板的抛光中。以上性质使纳米二氧化铈在能源催化，机械抛光，生物医学，辐射防护，环境保护等领域具有很高的实用及研究价值。

近年来，黑色纳米材料由于其在紫外-可见光区域的广泛吸收和潜在的光催化性能，得到了科学界广泛的关注。在以往的研究中，黑色二氧化铈的制备工艺多采用高温还原法。反应过程中二氧化铈在高温还原气氛下被还原生成的氧空位并不稳定，室温条件下氧空位会被快速氧化，使材料重新变成白色或浅黄色。该法制备的黑色二氧化铈材料由于制备流程复杂，能耗成本高，稳定性差，在制备、运输、存储和使用等方面面临诸多困难，对其发展构成了严重限制。

对于黑色纳米二氧化铈材料的制备，急需一种流程简单，成本低廉，稳定性强，绿色高效的制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，开发了一种高效的黑色二氧化铈材料的制备方法。

本发明所采用的高效的黑色二氧化铈材料的制备方法包括以下步骤：

1)将硝酸铈铵与结晶乙酸钠溶于无水乙醇，加入乙酸酸化，搅拌使上述固体溶解得到混合溶液，并将混合溶液转移到具有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在鼓风烘箱内经溶剂热反应得到悬浊液；

2)将所述悬浊液多次洗涤、离心，最后真空冷冻干燥获得黑色二氧化铈纳米颗粒。

优选地，步骤1)中的硝酸铈铵与结晶乙酸钠的摩尔比可以为1:15。

优选地，步骤1)中的搅拌时间可以为0.5至1.0小时。

优选地，步骤1)中的混合液溶液的体积可以小于或等于聚四氟乙烯内衬的总体积的70％。

优选地，步骤1)中的溶剂热反应的温度可以为220℃，时长可以为20小时。

在本发明中，仅使用硝酸铈铵才会得到黑色二氧化铈纳米颗粒，其他铈基前驱体如硝酸铈、氯化铈都无法制得。

在本发明中，仅使用无水乙醇才会得到黑色二氧化铈纳米颗粒，其他醇类如无水甲醇、乙二醇都无法制得。

在本发明中，温度低于200℃将使黑色二氧化铈产率降低，高于220℃将会产生安全隐患。

优选地，在步骤2)中，洗涤使用的液体可以包括去离子水。

优选地，在步骤2)中，离心的转速可以为8000rpm。