[发明专利]一种超小粒径二氧化铈纳米片材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超小粒径二氧化铈纳米片材料的制备方法，具体属于纳米材料技术领域。

背景技术

二氧化铈是一种非常重要的稀土氧化物，在真空或还原气氛中二氧化铈表面可以产生低价铈和氧缺陷, 具有优异的氧化还原催化性能和气敏功能，特别是具有与吸附分子交换电荷、交换物种的功能，在汽车尾气催化剂、抛光材料、燃料电池电解质、紫外吸收剂、电子陶瓷等领域具有广泛的应用前景。纳米二氧化铈材料在结构和性能方面比体状材料都有很大提高，具有一些新的物理和化学性质，因此对纳米二氧化铈材料的合成研究成为当今纳米材料的研究热点之一。

目前，制备二氧化铈纳米材料的方法有沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法、燃烧法、油相热分解法等。采用这些方法，人们已经获得了多种形貌的纳米二氧化铈。但是，由于二氧化铈为面心立方结构，制备过程中结晶趋势不易控制，获得单分散、薄片状纳米二氧化铈的难度非常大。近年来，二氧化铈纳米片的制备方法越来越多，已取得了不少进展。例如发明专利CN201310194946.1以硝酸铈或氯化铈为原料，在-10~20℃滴加过量氨水，反应釜中反应获得片状氧化铈，厚度10-30nm；发明专利CN201410193490.1以CeCl₃×7H₂O和尿素为原料，乙二胺为模板剂，水热法获得六边形纳米片状氧化铈；王殿元等（Angew. Chem. Int. Ed.2005,44:3256-3260）以油酸、油胺和1-十八烯为溶剂，在300-360℃下热分解水合醋酸铈，焦磷酸钠或油酸钠为矿化剂，制备了单分散的正方形和长条形二氧化铈纳米片。从当前研究现状看来，片状纳米二氧化铈要么制备的二氧化铈纳米片的较厚，比表面积不够大，要么制备工艺采用了昂贵的油性溶剂，因此开发一种低成本、操作简单的无模板新方法生产超薄二氧化铈纳米片材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超小粒径二氧化铈纳米片材料的制备方法，具体通过以下技术方案实现。

本发明公开一种超小粒径二氧化铈纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将0.30g氟硼酸钠溶于40mL去离子水中，磁力搅拌，室温下加入一水柠檬酸，待柠檬酸完全溶解后，再加入醋酸铈水合物，室温下磁力搅拌反应4~5d，反应产物分别经去离子水和无水乙醇各洗涤后，进行离心分离，得到纳米氟化铈滤饼；醋酸铈水合物与氟硼酸钠的摩尔比为1:2~6，醋酸铈与柠檬酸的摩尔比为1:2~10；

（2）将步骤（1）所得的纳米氟化铈滤饼加入30mL去离子水中，磁力搅拌，然后加入1M NaOH水溶液10mL，加热至80~90℃反应20~24h；反应产物冷却至室温后经离心分离，所得滤饼分别用去离子水和无水乙醇洗涤处理，再在70℃温度下干燥24h，其后干燥产物在马弗炉中600℃退火1h，得到超小粒径二氧化铈纳米片材料。

本发明的有益效果：

本发明的制备方法中是以氟硼酸钠、柠檬酸和醋酸铈为原料，室温液相沉淀法得到纳米氟化铈，然后用NaOH碱液将氟化铈转变成氢氧化铈，退火后得到超小粒径二氧化铈纳米片材料，纳米片的厚度1.4nm，直径7-10nm。本发明方法工艺简单，无需特需设备，制备成本低，得到的二氧化铈纳米片粒径超小、大小均一、分散性好、比表面积大，在催化剂、抛光材料和燃料电池电解质等方面有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的二氧化铈纳米片材料的TEM照片；

图2为本发明实施例2制得的二氧化铈纳米片材料的TEM照片。

具体实施方式

实施例1

（1）将0.30g氟硼酸钠溶于40mL去离子水中，磁力搅拌，室温下加入0.42g柠檬酸，待柠檬酸完全溶解后，再加入0.20g醋酸铈水合物，室温下磁力搅拌反应4d，反应产物经去离子水和无水乙醇各洗涤、离心分离，得到纳米氟化铈滤饼；

（2）将步骤（1）所得的纳米氟化铈滤饼加入30mL去离子水中，磁力搅拌，然后加入1M NaOH水溶液10mL，加热至90℃反应24h，冷却后，将混合液离心得到沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤、70℃干燥24h，将干燥产物在马弗炉中600℃退火1h，得到超小粒径二氧化铈纳米片材料。

实施例2

（1）将0.30g氟硼酸钠溶于40mL去离子水中，磁力搅拌，室温下加入0.84g柠檬酸，待柠檬酸完全溶解后，再加入0.20g醋酸铈水合物，室温下磁力搅拌反应5d，反应产物经去离子水和无水乙醇各洗涤、离心分离，得到纳米氟化铈滤饼；

（2）将步骤（1）所得的纳米氟化铈滤饼加入30mL去离子水中，磁力搅拌，然后加入1M NaOH水溶液10mL，加热至90℃反应24h，冷却后，将混合液离心得到沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤、70℃干燥24h，将干燥产物在马弗炉中600℃退火1h，得到超小粒径二氧化铈纳米片材料。