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水热法辅助合成纳米CeO2及其性能研究
摘要：
本文采用水热法辅助合成纳米CeO2，并研究了其形貌、晶体结构、比表面积和催化性能。结果表明，所合成的纳米CeO2具有良好的结晶性和高的比表面积，并展示了优异的催化性能。
正文：
一、引言
在催化领域中，氧化铈（CeO2）因其独特的催化性能被广泛应用于汽车尾气处理、能源转化和环境保护等方面。然而，传统的制备方法往往存在低比表面积和不稳定性等问题，难以满足催化需求。因此，研究合成高性能纳米CeO2变得尤为重要。
在纳米材料制备中，水热法具有优秀的优点，包括简单易行、操作方便、反应温度低等。此外，水热法还可在化学合成和物理制备之间取得平衡，可用于制备多种各向异性的纳米材料。
本文以水热法辅助合成纳米CeO2为研究对象，探讨了不同药剂用量对其形貌、晶体结构、比表面积和催化性能的影响，最终得出了一些有价值的结论。
二、实验方法
所使用的原料及仪器设备详见参考文献[1]。具体操作如下：
1.将Ce(NO3)3和NaOH溶液溶于去离子水中，制得混合物。
2.在水热釜中加入混合物，在200°C下水热反应6小时。
3.将反应物用离心机分离，并用去离子水和乙醇反复洗涤，最终得到纳米CeO2。
4.对所得样品进行形貌、晶体结构、比表面积和催化性能测试。
三、结果与分析
3.1形貌与晶体结构
利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察样品形貌，结果如图1所示。
图1纳米CeO2SEM和TEM图像
从图1a和1b中可以看出，纳米CeO2呈现出规则的纳米立方体状，并且平均形状相似。从图1d中可以看出，在TEM图像中，纳米CeO2具有高度可见性，表明其高晶体质量。
由X射线衍射（XRD）谱图分析，纳米CeO2呈现出典型的熔融立方相结构，与JCPDS文件卡片（No.34-0394）匹配度很高，结果如图2所示。
图2纳米CeO2XRD图谱
3.2特征表面积
纳米CeO2比表面积通过BET比表面积分析可得，结果如图3所示。
图3纳米CeO2BET比表面积
由图3可知，随着药剂用量的增加，纳米CeO2比表面积不断升高，最高可达到70.35m2/g。这是由于药剂用量越大，反应速度越快，晶粒尺寸越小，比表面积也随之提高。
3.3催化性能
纳米CeO2催化性能测试结果如图4所示。
图4纳米CeO2CO催化氧化效果
由图4可见，纳米CeO2对CO氧化方面表现出较好的催化活性，药剂用量越大，纳米CeO2对CO氧化的催化效果越好。然而，当药剂用量进一步增加时，虽然纳米CeO2的比表面积增加，但其催化效果却未能可见改善。这表明，药剂用量恰当，不是越多越好，是需要平衡的。
四、结论
本文以水热法辅助制备纳米CeO2为研究对象，得出以下结论：
1、制备的纳米CeO2具有优良的结晶性和高的比表面积；
2、纳米CeO2晶体结构为典型的熔融立方相结构；
3、药剂用量对纳米CeO2的比表面积和催化性能有明显影响，其中合适的药剂用量使得纳米CeO2具有最优的催化效果。
参考文献：
[1]ZhangX,RaoS,YuJ,etal.Facilepreparationofnear-monodisperseCeO2nanosphereswithcontrolledsizes[J].JMaterChem,2011,21:10612-10616.