專利名稱：采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻雜納米二氧化鈰(CeO2)粉末的制備方法，更具體地說(shuō)，是指采 用一種新型的沉淀劑兼摻雜劑通過(guò)溶劑熱方法合成摻雜納米CeO2粉末的制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是舉世公認(rèn)的稀土資源大國(guó)，稀土儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界首位，在19個(gè)省、市、 自治區(qū)都發(fā)現(xiàn)有稀土礦藏，而且礦物品種齊全。近年來(lái)，由于材料、信息、能源和航天等科 技的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)稀土材料的要求日益提高。因而稀土材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用越來(lái)越受 到人們的極大關(guān)注。稀土工業(yè)和稀土應(yīng)用是從20世紀(jì)60年代開(kāi)始伴隨著世界性的新技術(shù) 潮流而迅猛崛起的一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)。稀土氧化物被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)和高新科技領(lǐng)域中。 CeO2廣泛應(yīng)用于燃料電池，玻璃脫色澄清劑，催化劑，電子陶瓷，紫外吸收材料以及光催化 等領(lǐng)域。其納米化后將出現(xiàn)許多新的性質(zhì)及應(yīng)用，所以納米CeO2制備方法、形貌和粒徑等 要求越來(lái)越高。溶劑熱反應(yīng)是水熱反應(yīng)的發(fā)展，它與水熱反應(yīng)的不同之處在于所使用的溶劑為有 機(jī)溶劑而不是水。溶劑熱合成方法具有產(chǎn)物形貌容易控制、結(jié)晶性好、合成方法簡(jiǎn)單、重復(fù) 性優(yōu)良、易于工業(yè)化放大、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)納米材料形貌調(diào)控的有效途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種簡(jiǎn)單、易操作、環(huán)境友好的低溫度(90°C 195°C )合成 摻雜納米CeO2粉末的方法。該方法采用溶劑熱法，以硝酸亞鈰Ce(NO3)3 ·6Η20為鈰源、六次 甲基四胺C6H12N4為沉淀劑兼摻雜劑、無(wú)水甲醇CH3OH為溶劑合成摻雜納米CeO2粉末。本發(fā)明的一種采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，通過(guò)下列步驟實(shí) 現(xiàn)(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰中加入六次甲基四胺和無(wú)水甲醇，混合均勻，得到混合液；用量30ml的混合液中含有8. 14g的硝酸亞鈰、2. 63g的六次甲基四胺和24ml的 無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟(A)中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反 應(yīng)釜置于溫度為90°C 195°C的條件下反應(yīng)8h 24h，制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟(B)中合成的沉淀物用去離子水清洗3 5遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為 99. 7%的乙醇清洗3 5遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60°C的干燥箱中干燥處理 12h后，取出得到干燥粉末；⑶煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度
3400°C 800°C下煅燒Ih 2h后，取出得到摻雜納米CeO2粉末。在本發(fā)明中，采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，其制得的納米 CeO2粉末中摻雜的是碳和氮。本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)①選擇六次甲基四胺作為沉淀劑，可獲得納米級(jí)CeO2粉末。②選擇六次甲基四胺作為摻雜元素氮和碳的來(lái)源，可獲得理想的摻雜效果。③選擇無(wú)水甲醇作為溶劑，可有效地抑制生成產(chǎn)物的團(tuán)聚。④采用該溶劑熱方法制備摻雜納米CeO2粉末，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需使用任何模板和催 化劑。


圖1是實(shí)施例1制得的摻雜納米CeO2粉末的XRD圖。圖2是實(shí)施例1制得的摻雜納米CeO2粉末的TEM照片。圖3A是實(shí)施例1制得的摻雜納米CeO2粉末的Cls的XPS譜圖。圖3B是實(shí)施例1制得的摻雜納米CeO2粉末的Nls的XPS譜圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種采用新型沉淀劑兼摻雜劑通過(guò)溶劑熱法合成摻雜納米二氧化鈰 (CeO2)粉末的方法，包括下列步驟(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰(Ce(NO3)3 ·6Η20)(分析純，含量為99. 0% )中加入六次甲基四胺 (C6H12N4)(分析純，含量為99.9% )和無(wú)水甲醇(CH3OH)(分析純，含量為99.5%)，混合均 勻，得到混合液；用量30ml的混合液中含有8. 14g的硝酸亞鈰、2. 63g的六次甲基四胺和24ml的 無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟(A)中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反 應(yīng)釜置于溫度為90°C 195°C的條件下反應(yīng)8h 24h，制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟⑶中合成的沉淀物用去離子水清洗3 5遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為 99. 7%的乙醇清洗3 5遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60°C的干燥箱中干燥處理 12h后，取出得到干燥粉末；(D)煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度 400°C 800°C下煅燒Ih 2h后，取出得到摻雜納米CeO2粉末。實(shí)施例1本發(fā)明是一種采用新型沉淀劑兼摻雜劑通過(guò)溶劑熱法合成摻雜納米CeO2粉末的 方法，包括下列步驟
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(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰(Ce(NO3)3 ·6Η20)(分析純，含量為99. 0% )中加入六次甲基四胺 (C6H12N4)(分析純，含量為99.9% )和無(wú)水甲醇(CH3OH)(分析純，含量為99.5%)，混合均 勻得到混合液；用量30ml的混合液中含有8. 14g的硝酸亞鈰、2. 63g的六次甲基四胺和24ml的 無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟(A)中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反 應(yīng)釜置于溫度為140°C的條件下反應(yīng)24h后制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟(B)中合成的沉淀物用去離子水清洗5遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為 99. 7%的乙醇清洗4遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60°C的干燥箱中干燥處理12h 后，取出得到干燥粉末；(D)煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度400°C 下煅燒Ih后，取出得到納米CeO2粉末。將實(shí)施例1制得的摻雜納米CeO2粉末進(jìn)行XRD、TEM和XPS分析圖1的XRD譜中所有的衍射峰均為方鈰礦CeO2的特征衍射峰，表明合成產(chǎn)物為 CeO2氧化物。圖2的TEM照片顯示合成產(chǎn)物的形貌為等軸狀，顆粒平均尺寸約為7. 6nm，分散性 較好。圖3A為合成產(chǎn)物的Cls的XPS譜圖，圖3B為合成產(chǎn)物的Nls的XPS譜圖，所述的 兩幅圖中能夠表明納米CeO2粉末中同時(shí)摻雜了碳和氮。實(shí)施例2本發(fā)明是一種采用新型沉淀劑兼摻雜劑通過(guò)溶劑熱法合成摻雜納米CeO2粉末的 方法，包括下列步驟(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰(Ce(NO3)3 ·6Η20)(分析純，含量為99. 0% )中加入六次甲基四胺 (C6H12N4)(分析純，含量為99.9% )和無(wú)水甲醇(CH3OH)(分析純，含量為99.5%)，混合均 勻得到混合液；用量30ml的混合液中含有8. 14g的硝酸亞鈰、2. 63g的六次甲基四胺和24ml的 無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟㈧中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反 應(yīng)釜置于溫度為90°C的條件下反應(yīng)24h后制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟(B)中合成的沉淀物用去離子水清洗4遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為 99. 7%的乙醇清洗3遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60°C的干燥箱中干燥處理12h 后，取出得到干燥粉末；
(D)煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度600°C 下煅燒1. 5h后，取出得到納米CeO2粉末。將實(shí)施例2制得的納米CeO2粉末進(jìn)行XRD分析，其XRD譜中所有的衍射峰均為方 鈰礦CeO2的特征衍射峰，表明合成產(chǎn)物為CeO2氧化物。將實(shí)施例2制得的納米CeO2粉末進(jìn)行形貌分析，其TEM照片顯示合成產(chǎn)物的形貌 為等軸狀，顆粒平均尺寸約為7. Onm，分散性較好。將實(shí)施例2制得的納米CeO2粉末進(jìn)行XPS分析，表明CeO2中同時(shí)摻雜了碳和氮。實(shí)施例3本發(fā)明是一種采用新型沉淀劑兼摻雜劑通過(guò)溶劑熱法合成摻雜納米CeO2粉末的 方法，包括下列步驟(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰(Ce(NO3)3 ·6Η20)(分析純，含量為99. 0% )中加入六次甲基四胺 (C6H12N4)(分析純，含量為99.9% )和無(wú)水甲醇(CH3OH)(分析純，含量為99.5%)，混合均 勻得到混合液；用量30ml的混合液中含有8. 14g的硝酸亞鈰、2. 63g的六次甲基四胺和24ml的 無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟(A)中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反 應(yīng)釜置于溫度為195°C的條件下反應(yīng)8h后制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟⑶中合成的沉淀物用去離子水清洗4遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為 99. 7%的乙醇清洗5遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60°C的干燥箱中干燥處理12h 后，取出得到干燥粉末；(D)煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度800°C 下煅燒2h后，取出得到納米CeO2粉末。將實(shí)施例3制得的納米CeO2粉末進(jìn)行XRD分析，其XRD譜中所有的衍射峰均為方 鈰礦CeO2的特征衍射峰，表明合成產(chǎn)物為CeO2氧化物。將實(shí)施例3制得的納米CeO2粉末進(jìn)行形貌分析，其TEM照片顯示合成產(chǎn)物的形貌 為等軸狀，顆粒平均尺寸約為42. 5nm，分散性較好。將實(shí)施例3制得的納米CeO2粉末進(jìn)行XPS分析，表明CeO2中同時(shí)摻雜了碳和氮。
權(quán)利要求
一種采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，其特征在于通過(guò)下列步驟實(shí)現(xiàn)(A)配制混合液順次向硝酸亞鈰中加入六次甲基四胺和無(wú)水甲醇，混合均勻，得到混合液；用量30ml的混合液中含有8.14g的硝酸亞鈰、2.63g的六次甲基四胺和24ml的無(wú)水甲醇；(B)溶劑熱合成將步驟(A)中配制的混合液倒入不銹鋼反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后將反應(yīng)釜置于溫度為90℃～195℃的條件下反應(yīng)8h～24h，制得沉淀物；(C)清洗、烘干將步驟(B)中合成的沉淀物用去離子水清洗3～5遍后，再用質(zhì)量百分比濃度為99.7％的乙醇清洗3～5遍后，將洗滌后的沉淀物放入到溫度為60℃的干燥箱中干燥處理12h后，取出得到干燥粉末；(D)煅燒將步驟(C)中得到的干燥粉末裝入氧化鋁坩堝中，并置于馬弗爐內(nèi)，在溫度400℃～800℃下煅燒1h～2h后，取出得到摻雜納米CeO2粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，其特征在 于制得的納米CeO2粉末中摻雜的是碳和氮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，其特征在 于制得的摻雜納米CeO2粉末的形貌為等軸狀，顆粒尺寸為5 45nm，分散性較好。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用溶劑熱法制備摻雜納米二氧化鈰粉末的方法，該方法采用溶劑熱方法，以硝酸亞鈰為鈰源、六次甲基四胺為沉淀劑兼摻雜劑、無(wú)水甲醇為溶劑合成摻雜納米二氧化鈰粉末。本發(fā)明的納米二氧化鈰粉末中摻雜有碳和氮。制得的摻雜納米CeO2粉末的形貌為等軸狀，顆粒平均尺寸為5～45nm，分散性較好。
文檔編號(hào)C01F17/00GK101982414SQ20101051123
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者李成強(qiáng), 李銳星 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)