纳米二氧化铈的制备.doc

1.溶胶-凝胶法制备纳米二氧化铈的工艺研究
采用以柠檬酸为配体的溶胶-凝胶法制备了二氧化铈超细粉末,考察了制备条件:金属离子与配体的物质的量比、反应温度、凝胶烘干温度、焙烧温度及时间对成品粒子的影响。获得了最佳的制备条件:Ce3+与柠檬酸的物质的量比为1∶3、反应温度为65℃、凝胶烘干温度为120℃,500℃焙烧2h。这样的条件可以得到均匀、分散的二氧化铈,平均粒径为7nm,比表面积为115m2/g。
按照一定的物质的量比称取一定量的硝酸铈和柠檬酸。用蒸馏水溶解柠檬酸,把称好的硝酸铈逐渐加入柠檬酸溶液中。溶解完全后,置于恒温水浴槽中,形成溶胶,最终成为半干凝胶。将凝胶置于鼓风干燥箱干燥,得到体积极度膨胀的干凝胶,研磨,放入马弗炉中高温焙烧,得二氧化铈的纳米粉末。
2.溶胶-凝胶法制备纳米CeO2晶体
称取一定量的聚乙二醇2400,使聚乙二醇与Ce的摩尔比为5:1,将Ce(NO3)3·6H2O晶体在聚乙二醇中加热溶解,不断搅拌,得到浅黄色透明溶胶。将所得溶胶冷却、陈化,72h后仍澄清透明,把所得的溶胶在不同温度下热处理,可得到不同粒径的CeO2纳米粉体。
CeO2的溶胶化需要适当的温度,反应温度为65℃时得到的粉体较均匀,分散性也较好。随着焙烧温度升高,晶型不变,CeO2粒径增大,形貌趋于球形。经800℃焙烧,粉体粒径在20～50nm。
3.溶胶-凝胶法合成二氧化铈纳米晶
称取一定量的草酸铈(G.R),用蒸馏水调成浆状,滴加浓HNO3(G.R)和H2O2(A.R)溶液至完全溶解,加入一定量的柠檬酸(G.R)溶解,于70℃时缓慢蒸发,形成溶胶,进一步蒸发形成凝胶,将凝胶于120℃干燥12小时,得到淡黄色的干凝胶,将干凝胶在不同温度下焙烧即得到CeO2纳米晶。
4．溶胶-凝胶法制备纳米Ce02
按照1:3的化学计量比称取一定量的硝酸铈和柠檬酸。用30-50mL的蒸馏水溶解柠檬酸得淡黄色溶液，所得溶液pH值约为2-3，有一定的酸度。然后把称好的硝酸铈逐渐加入此溶液中，这样可以抑制Ce3+的水解。待溶解完全后，将其置于65℃的恒温水浴槽中，让其缓慢蒸发。随着水分的减少，溶液的颜色逐渐加深，形成黄色溶胶，然后逐渐产生大量气泡，使粘稠体系膨胀。继续恒温脱水干燥，成为疏松多孔蜂巢状，外壳呈黄色，里面呈白色的半干凝胶。待其成半干凝胶后，将此凝胶置于鼓风干燥箱以100℃干燥1-2小时，得到体积极度膨胀的土黄色干凝胶。取出干燥后的干凝胶，将此干凝胶用研钵研磨。研磨后放人马沸炉中用800℃的高温焙烧即可得Ce02的超细粉末。
5.沉淀法制备纳米CeO2
将分析纯的Ce(NO3)3·6H2O(AR)配成0.lmol/L的Ce(NO3)3溶液，搅拌与一定量的H2O2(AR)溶液混合，数分钟后将一定浓度的NH3·H2O溶液以3mL/min速度滴入上述混合溶液中，滴至pH值=10为止，得到桔色沉淀。将沉淀分离、洗涤。然后将沉淀分散到一定浓度的PVA（聚乙烯醇)溶液中，蒸发干燥得到CeO2·nH2O(前驱体)，将其在不同的温度下焙烧，即得到不同粒径的Ce02纳米晶。
6.化学共沉淀法制备纳米二氧化铈的研究
将Ce(NO3)3·6H2O溶解在去离子水中,配成0.2mol/L的Ce(NO3)3溶液250mL。在上述溶液中滴加10mLH2O2,然后再加入一定量的聚乙二醇(PEG-2000),将上面所得的溶液滴加到10%的氨水中(反向法),边滴加边搅拌,直至形成稳定均匀的溶液后用电动搅拌12h,置于冰箱内陈化12h。沉淀用去离子水多次洗涤,干燥后,再加入10倍于溶胶的正丁醇,充分搅拌,在蒸馏烧瓶中进行蒸馏,当达到水-正丁醇的共沸点(约为89℃)时,胶体中残留水分将以共沸物的形式带出,直至蒸干得到疏松的前驱体,前驱体分别在400℃、600℃、800℃焙烧处理3h,得到淡黄色CeO2粉末。样品经400℃焙烧3h后粉体的比表面积为123.14m2/g,平均孔径为55.8578×1010m,总孔容为0.3439cm3/g。
7.沉淀法制备纳米二氧化铈及其表征
称取一定量的Ce(NO3)3·6H2O(AR)配成0.1mol/L溶液,搅拌,加入一定量的H2O2(AR)与其混合,此时有少量桔红色沉淀产生,数分钟后将2mol/LNH3·H2O以3mL/min的速度逐滴滴入上述混合液中,至pH=10为止,继续搅拌,最后得到桔黄色沉淀.将沉淀分离、洗涤,然后将沉淀分散到一定浓度的聚乙烯醇(PVA)溶液中,蒸发干燥得到前驱体,将其在不同的温度下焙烧,即得到CeO2纳米粉末。在400℃和600℃所制备的纳米二氧化铈为立方晶系,纯度比较高,焙烧温度越低,所得到粉体粒度越细。
8．沉淀法合成纳米CeO2及其性能
以分析纯Ce(NO3)3·6H2O为铈源,以分析纯(NH4)2CO3·H2O为沉淀剂