一種微波輔助尿素水解制備CeO₂納米實心球的方法

專利名稱：一種微波輔助尿素水解制備CeO₂ 納米實心球的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備CeO2納米實心球的方法，特別涉及ー種微波輔助尿素水解制備CeO2納米實心球的方法。
背景技術：
CeO2是具有螢石型結構稀土氧化物。CeO2具有優良的電學能和光學性能，在光催化、防腐涂層、氣體傳感器、燃料電池電解質、拋光材料、儲氧材料等諸多領域有著廣泛的用處，受到人們廣泛的關注。催化方面，納米CeO2及其復合材料具有較高的比表面能和儲氧能力，表現出良好的催化性能在甲苯的光催化降解中，CeO2表現出和TiO2不同降解機制，CeO2能使甲苯完全降解為CO2和H2O,而不產生有害中間產物。在CO催化氧化中，納米CeO2及其復合材料具有良好的催化性能。CeO2性能穩定，價格便宜，毒性小，性能優良，近年來越來越受到研究者們的廣泛關注。 迄今為止，人們運用了多種方法制備CeO2及其復合材料納米材料。邱克輝等以硝酸鈰、檸檬酸和偏釩酸銨為原料，采用溶膠-凝膠(sol-gel)法制備了 V5+離子摻雜納米CeO2粉體[邱克輝，張偉，李峻峰，王可嘉.V5+離子摻雜納米氧化鈰的合成與表征[J].中國稀土學報，2009. 4 (27，2) : 209-212]。但是，溶膠-凝膠法制備的粉體團聚較為嚴重，粒度也較大，影響了其性能。欒寶平等以硝酸鈰為鈰源通過水熱法合成了球形，紡錘形和花束形ニ氧化鈰[欒寶平，余錫賓，劉潔，王立同，華慶松，周祥，不同形貌的CeO2的水熱法制備及表征[J].上海師范大學學報(自然科學版)，2011，40，2:157-162]，但制備的粉體粒度較大。Tang等用H2O2作氧化劑，Ce (NO3) 3作鈰源，在523K水熱合成出沿[100]晶面方向生長的 CeO2 單晶納米線[Tang B，Zhuo L. H, Ge. J. C, etal. Asurfactant-free routeto single-crystalline Ce02nanowires[J] Chem. Comm, 2005，3565-3567]。Lin Yue 等運用反向共沉淀法制備了 CeO2及其摻雜納米粉體[LinYue, Xiao-Ming Zhang. Structuralcharacterization and photocatalytic benaviors oidoped LeO2 nanoparticles[J].Journal of Alloy and Compounds, 2009，475，702-705]。但是，傳統水熱法產率低、耗時長、能耗高且危險性大，不利于大量生產。在縱多種類的形貌中，球狀的納米粉體因其較大的比表面積而具有良好的理化性能，成為研究者們研究的熱點。微波水熱合成法是在1992年美國賓州大學R. Roy提出利用微波對水的介電作用進行加熱的新型合成方法，與傳統的水熱法相比，微波水熱合成法具有加熱速度快、反應靈敏、體系受熱均勻等特點，可以快速制備形貌均一的超細粉體。

發明內容
本發明的目的在于提供一種成本低，操作簡單且易于控制的微波輔助尿素水解制備CeO2納米實心球的方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是步驟ー將分析純的Ce (NO3) 3 6H20溶解于去離子水中得濃度為0. 01 0. 2mol/L 的 Ce (NO3)3 溶液；按尿素、PVP、KBrO3與 Ce (NO3) 3 6H20 為(7 10) : (3 5) :(3 5) 1 的摩爾比將尿素、PVP、KBrO3加入Ce (NO3) 3溶液中持續攪拌均勻得混合溶液；步驟ニ 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于16(Tl90°C反應0. 5
I.5h，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。所述的持續攪拌是在60°C持續攪拌2h本發明以Ce(NO3)3 WH2CK尿素、KBr03、PVP (聚こ烯吡咯烷酮)為原料，采用微波水熱法利用尿素水解的原理一歩合成實心球狀的CeO2納米粉體，得到平均直徑約為300nm左
右的CeO2納米實心球。這種方法特有的優點是原料相對廉價，エ藝操作簡單，采用無污染潔凈低耗能的微波水熱法在尿素水解的條件下能快速制備出CeO2納米實心球。本發明的有益效果體現在成本低，操作簡單且易于控制。本發明中微波水熱制備CeO2納米實心球的方法可以直接應用于摻雜及復合CeO2納米粉體的制備中，為CeO2基新材料制備的提供了ー種新途徑。此外相對于傳統水熱法，微波水熱法具有環保節能高效的優點。


圖I為實施例I制備的CeO2納米實心球的XRD衍射圖；圖2為實施例I制備的CeO2納米實心球的掃描電鏡照片；圖3為實施例I制備的CeO2納米實心球的透射電鏡照片。
具體實施方式
、實施例I :步驟ー將分析純的Ce(NO3)3 6H20溶解于去離子水中得濃度為0. 01mol/L的Ce (NO3)3 溶液；按尿素、PVP、KBrO3與 Ce (NO3) 3 6H20 為 7 :3 :3 :1 的摩爾比將尿素、PVP、KBrO3 加入Ce (NO3) 3溶液中在60°C持續攪拌2h得混合溶液；步驟ニ 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于180°C反應lh，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。將所得的空心球狀的CeO2納米粉體用日本Rigaku公司生產D/Max_2200pc型X射線衍射儀測定，結果如圖I所示，得到結晶性較好的純相空心球狀的CeO2納米粉體，發現產物的JCPDS卡號為33-0394，屬于立方晶系。該樣品的表面微觀形貌采用HITACHI S4800型掃描電子顯微鏡進行觀察，結果為圖2，從圖中可以看出所制備的為CeO2納米實心球，其平均直徑大約為300nm。該樣品的透射形貌采用JEOL JEM3010型透射電子顯微鏡進行觀察，結果為圖3。實施例2:步驟ー將分析純的Ce(NO3)3 6H20溶解于去離子水中得濃度為0. 05mol/L的Ce (NO3)3 溶液；按尿素、PVP、KBrO3與 Ce (NO3) 3 6H20 為 8 :3 :5 :1 的摩爾比將尿素、PVP、KBrO3 加入Ce (NO3) 3溶液中在60°C持續攪拌2h得混合溶液；
步驟ニ 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于160°C反應I. 5h，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。實施例3 步驟ー將分析純的Ce(NO3)3 6H20溶解于去離子水中得濃度為0. lmol/L的Ce (NO3)3 溶液； 按尿素、PVP、KBrO3與 Ce (NO3) 3 6H20 為 9 :4 :3 :1 的摩爾比將尿素、PVP、KBrO3 加入Ce (NO3) 3溶液中在60°C持續攪拌2h得混合溶液；步驟ニ 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于170°C反應lh，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。實施例4 步驟ー將分析純的Ce(NO3)3 6H20溶解于去離子水中得濃度為0. 2mol/L的Ce (NO3)3 溶液；按尿素、PVP、KBr03與 Ce (NO3) 3 6H20 為 10 5 4 1 的摩爾比將尿素、PVP、KBr03 加入Ce (NO3) 3溶液中在60°C持續攪拌2h得混合溶液；步驟ニ 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于190°C反應0. 5h，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。
權利要求
1.一種微波輔助尿素水解制備CeO2納米實心球的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一將分析純的Ce(NO3)3 · 6H20溶解于去離子水中得濃度為O. 01 O. 2mol/L的Ce (NO3)3 溶液；按尿素、PVP、KBrO3與Ce (NO3) 3 · 6H20為(7 10 ): (3 5 ): (3 5 ): I的摩爾比將尿素、PVP、KBrO3加入Ce (NO3) 3溶液中持續攪拌均勻得混合溶液； 步驟二 將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于16(Tl90°C反應O. 5 I. 5h，反應后離心洗滌，80°C干燥后得到CeO2納米實心球。
2.根據權利要求I所述的微波輔助尿素水解制備CeO2納米實心球的方法，其特征在于所述的持續攪拌是在60°C持續攪拌2h。
全文摘要
一種微波輔助尿素水解制備CeO2納米實心球的方法，將Ce(NO3)3·6H2O溶解于去離子水中得Ce(NO3)3溶液；將尿素、PVP、KBrO3加入Ce(NO3)3溶液中持續攪拌均勻得混合溶液；將混合溶液移入反應釜中，置于微波水熱儀中于160~190℃反應0.5~1.5h，反應后離心洗滌，干燥后得到CeO2納米實心球。本發明以Ce(NO3)3·6H2O、尿素、KBrO3、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)為原料，采用微波水熱法利用尿素水解的原理一步合成實心球狀的CeO2納米粉體，得到平均直徑約為300nm左右的CeO2納米實心球。這種方法特有的優點是原料相對廉價，工藝操作簡單，采用無污染潔凈低耗能的微波水熱法在尿素水解的條件下能快速制備出CeO2納米實心球。
文檔編號B82Y30/00GK102951669SQ20121047270
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者王芬, 周長江, 丁陽 申請人:陜西科技大學