[发明专利]利用阴离子聚电解质模板调控合成的氧化铈及其制备方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种利用阴离子聚电解质模板调控合成的氧化铈及其制备方法，属于无机非金属材料的制备领域。具体的说，采用液相沉淀法，阴离子聚电解质作为模板剂，制备出梭形堆积笼状碳酸铈颗粒，再经过高温热处理后得到梭形堆积笼状氧化铈，其D₅₀为6～8μm。400℃焙烧后比表面积达到80～100g/cm²，1000℃焙烧后比表面积达到14～20m²/g，梭形单体平均粒径为1～3μm。 

背景技术

近年来，随着现代科学技术特别是纳米技术的迅速发展，微观有序材料以其种种特异的性能引起人们的重视。其中，多孔隙材料由于具有密度小，孔隙率高，比表面积大、对气体的渗透性和选择透过性好、表面效应显著等优点，从而在催化、吸附分离、光学、能量存储及生物医用等领域极具应用前景。 

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。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。虽然多种制备技术被应用到这个领域，但是现存的有工业应用前景的方法难以解决煅烧过程中颗粒团聚和性能不可控的难题。 

因此，我们参考国内外研究聚合物对碳酸钙等晶体的成核、生长和自组装成有序结构起着有效的调控作用，所以可以用聚合物作为碳酸钙晶体生长的改良剂和超级结构的定向剂。如果将这种自组装技术引入到氧化铈的合成工艺中，通过添加聚合物控制碳酸铈晶体的形貌和物性，再进行煅烧就可以得到形貌和物化性能可控的氧化铈材料。由于煅烧前母体碳酸铈已经是有序的晶体结构，这样就避免了传统合成方法中从无定形的碳酸铈煅烧得到氧化铈晶体时发生的烧结和团聚现象。也增加了粒子形貌和性能的可控性。 

从近年来的文献报道可以看出，虽然有研究工作通过添加聚合物或复杂的生物大分子来合成稀土氧化物纳米粒子，然而大部分研究工作都局限于将聚合物当做简单的模板，研究其对粒子形貌的调控和影响。尚未发现有相关的将聚合物作为稀土化合物纳米晶体自组装的调控剂来合成稀土氧化物粒子的研究报道。研究这种非典型结晶途径在稀土化合物制备和物性调控领域的研究尚未有报道。更没有研究聚合物对稀土化合物纳米晶体在介观尺度的自组装机理的报道。同时，通过这种非典型结晶方式合成的氧化铈粒子在催化等应用领域的应用性能研究也是值得研究的新课题。 

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，提供一种利用阴离子聚电解质模板调控合成的氧化铈及其制备方法，它采用液相沉淀法制备笼状梭形堆积氧化铈，整个反应过程在室温下进行，反应条件温和，制备方法简单，易于控制。 

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阴离子聚电解质模板调控合成的氧化铈，所述氧化铈为笼状，由梭形单体堆积而成，D₅₀为6～8μm。400℃焙烧后比表面积达到80～100g/cm²，1000℃焙烧后比表面积达到14～20m²/g，梭形单体平均粒径为1～3μm。

本发明同时提供了一种利用阴离子聚电解质模板调控合成的氧化铈的制备方法，该方法包括如下步骤：