本發(fā)明涉及一種鈰鎂復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于ceo2具有較高的儲氧性能，常作為催化活性組分、助劑、載體，用于汽車尾氣凈化、甲烷催化燃燒、低溫水煤氣變換、蒸汽重整等反應(yīng)中(e.aneggi,etal,j.alloy.compd.,2006,408:1096；h.zhu,etal,j.catal.,2005,233:41；c.sun,etal,eur.j.inorg.chem.,2009,2009:3883；m.b.boucher,etal,phys.chem.chem.phys.,2011,13:2517；q.fu,etal,catal.lett.,2001,77:87；n.divins,etal,catal.today,2015,253:99)。li等人的研究表明，調(diào)變納米粒子尺寸、形貌會改變反應(yīng)物的吸附和活化狀態(tài)，從而影響催化反應(yīng)性能(y.li,etal,chem.soc.rev.,2014,43:1543)。chen等人的研究表明，ceo2基納米材料的物理化學性質(zhì)不僅依賴于其尺寸效應(yīng)，其形貌作用也可以改變它們的氧化還原性和催化活性，這是通過選擇性的暴露出不同的活性面來實現(xiàn)的(a.chen,etal,catal.sci.technol.,2015,5:4184)。wu等人提出ceo2的催化活性是由它的形貌、尺寸、氧缺陷、界面結(jié)構(gòu)共同決定的(k.wu,etal,adv.energymater.,2016,6:1600501)。近年來，隨著納米材料科學的快速發(fā)展，尺寸和形貌均一的ceo2納米材料已經(jīng)被大量合成。

由于ceo2高溫熱穩(wěn)定性較差，限制了其廣泛應(yīng)用。turko等人和gao等人將y、la、zr摻雜到ceo2中，結(jié)果均不同程度地增強了ceo2的熱穩(wěn)定性能(g.a.turko,etal,kinet.catal.,2005,46:932；r.h.gao,etal,j.phys.chem.c.,2013,117:10502)。專利cn103350003a公布了一種制備ceo2-zro2-al2o3儲氧材料的方法，結(jié)果表明，與純ceo2相比，材料的儲氧能力和熱穩(wěn)定性均有大幅度提高。這說明，可以將某些元素摻雜到ceo2中，從而改善ceo2的性能。隨著現(xiàn)代表征技術(shù)的發(fā)展，其他元素摻雜的不同形貌的ceo2基納米材料也陸續(xù)研發(fā)出來。專利cn106492778a公布了一種用sr摻雜改性ceo2納米棒的方法，結(jié)果表明，得到的物質(zhì)有更多的缺陷和氧空位，且熱穩(wěn)定性更高。chen等人將zr、ti、hf元素摻雜到ceo2納米棒、納米立方體和納米管中，結(jié)果均表現(xiàn)出了明顯的形貌效應(yīng)(w.t.chen,etal,chem.commun.,2010,46:3286)。美國專利us9480974b2公布了一種制備ni-ceo2納米棒材料的方法，美國專利us0190503a1公布了一種ceo2-tio2納米棒材料的制備方法，所得到的物質(zhì)均具有很強的抗燒結(jié)性能。但是mg元素摻雜的鈰鎂復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法還未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種鈰鎂復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法，該方法工藝簡單，綠色環(huán)保，產(chǎn)率高，所制備的納米材料尺寸、形貌均勻，且易于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明由mg元素摻雜并進入ceo2晶格而制成鈰鎂復(fù)合氧化物納米棒材料，該材料尺寸和形貌均勻。

所述鈰鎂復(fù)合氧化物納米棒材料，其中鈰鎂的摩爾比為0.8～0.99:0.2～0.01。

本發(fā)明采用水熱合成-噴霧干燥法，得到納米棒狀材料，制備工藝簡單。其具體步驟為：根據(jù)用量比例，將硝酸鎂的水溶液加入到可溶于水的鈰鹽水溶液中，在室溫下，不斷磁力攪拌，再加入過量的沉淀劑，得到混合物。將得到的混合物封裝在密閉容器中，老化20h以上，得到反應(yīng)產(chǎn)物。將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，然后噴霧干燥，再焙燒，即得該納米棒材料。

上述制備方法中，鈰鹽最好是硝酸鈰或硝酸鈰氨。所述的沉淀劑為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。老化溫度一般為80～150℃，較好的老化溫度為100～120℃。老化20h以上后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，再加入占ceo2總質(zhì)量10～50wt％的聚乙二醇溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5～10微米。將噴霧干燥后得到的粉末進行真空干燥。干燥后的催化劑再在給定的氣氛下焙燒。焙燒的氣氛一般為空氣或氧氣。焙燒溫度一般為400～500℃。

在上述制備方法中，干燥和焙燒過程如下：在80℃條件下真空干燥12小時，之后再在150～200℃條件下焙燒1～2小時，接著在400～500℃條件下焙燒2～5小時，得到該納米棒材料。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用水熱合成-噴霧干燥法，對溫度和壓力要求相對較低，且使用常規(guī)設(shè)備，制備過程簡單易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)該方法所制備的納米棒材料，形貌均勻，尺寸可控，經(jīng)500℃焙燒仍能保持良好的棒狀形貌。

(3)該材料應(yīng)用前景廣闊，不僅可應(yīng)用于熱催化、光催化以及電催化反應(yīng)，還可用于生物醫(yī)藥、發(fā)光材料等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)品的tem照片。

圖2為本發(fā)明實施例2所得產(chǎn)品的tem照片。

圖3為本發(fā)明實施例3所得產(chǎn)品的tem照片。

圖4為本發(fā)明實施例4所得產(chǎn)品的tem照片。

圖5為本發(fā)明所得材料的xrd譜圖，其中橫坐標為2θ衍射角，縱坐標為強度。

具體實施方式

實施例1

ce0.99mg0.01oδ(ce與mg的摩爾比為0.99:0.01)復(fù)合氧化物納米棒的制備。

首先將5.21gce(no3)3·6h2o和0.0311gmg(no3)2·6h2o溶于10ml去離子水中，磁力攪拌溶解后，再加入40ml10mol/l氫氧化鈉溶液，磁力攪拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至100ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱釜中。將密封的反應(yīng)釜放入烘箱中，80℃保持20h，自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇0.21g的水溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5微米，將得到的粉末于80℃真空干燥12h，然后在空氣氣氛下150℃焙燒1h，之后再在400℃焙燒2h，得到長為30～300nm、直徑為5～10nm的ce0.99mg0.01oδ復(fù)合氧化物納米棒。

實施例2

ce0.95mg0.05oδ(ce與mg的摩爾比為0.95:0.05)復(fù)合氧化物納米棒的制備。

首先將6.57g(nh4)ce(no3)6和0.1617gmg(no3)2·6h2o溶于10ml去離子水中，磁力攪拌溶解后，再加入40ml10mol/l氫氧化鉀溶液，磁力攪拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至100ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱釜中。將密封的反應(yīng)釜放入烘箱中，100℃保持25h，自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇0.413g的水溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在10微米，將得到的粉末于80℃真空干燥12h，然后在氧氣氣氛下200℃焙燒2h，之后再在500℃焙燒5h，得到平均長度為30～300nm、直徑為5～10nm的ce0.95mg0.05oδ復(fù)合氧化物納米棒。

實施例3

ce0.9mg0.1oδ(ce與mg的摩爾比為0.9:0.1)復(fù)合氧化物納米棒的制備。

首先將5.21gce(no3)3·6h2o和0.3418gmg(no3)2·6h2o溶于10ml去離子水中，磁力攪拌溶解后，攪拌的同時加入40ml10mol/l氫氧化鈉溶液，磁力攪拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至100ml含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱釜中。將密封的反應(yīng)釜放入烘箱中，120℃保持20h，自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇1.033g的水溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5微米，將得到的粉末于80℃真空干燥12h，然后在空氣氣氛下180℃焙燒1.5h，之后再在500℃焙燒3h，得到長為30～200nm、直徑為5～10nm的ce0.9mg0.1oδ復(fù)合氧化物納米棒。

實施例4

ce0.8mg0.2oδ(ce與mg的摩爾比為0.8:0.2)復(fù)合氧化物納米棒的制備。與實施例3的制備過程相同，不同之處在于：老化溫度100℃；硝酸鎂用量不同。如表3所示。按照表3參數(shù)

表3制備參數(shù)

制備，得到長為50～200nm、直徑為5～10nm的ce0.8mg0.2oδ復(fù)合氧化物納米棒。