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不同粒径八面体纳米CeO_2的制备及其影响因素的探究
摘要
本文探究了制备不同粒径的八面体纳米CeO2的方法和影响因素，包括化学方法和物理方法。化学方法包括溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等，物理方法包括热蒸发法、溅射法等。影响因素包括反应温度、反应时间、反应物浓度及沉淀剂类型等。通过SEM、TEM、XRD等技术对不同制备方法得到的八面体纳米CeO2的形貌和结构进行了研究。研究结果表明，通过适当的反应温度、反应时间和反应物浓度可制备出粒径不同的八面体纳米CeO2。不同制备方法制备的八面体纳米CeO2粒径分布不同，形貌和结构也有所差异。
关键词：八面体纳米CeO2，制备方法，影响因素，物理方法，化学方法，SEM，TEM，XRD
Introduction
八面体纳米CeO2具有较高的表面积、活性和稳定性，因而在催化、光催化、能源存储等领域具有广泛的应用。由于八面体纳米CeO2的物理和化学性质与其粒径密切相关，因此制备不同粒径的八面体纳米CeO2成为研究的重点之一。目前的制备方法主要分为化学方法和物理方法两种。此外，反应温度、反应时间、反应物浓度、沉淀剂类型等影响因素也会影响八面体纳米CeO2粒径和形貌的制备。本文旨在探究制备不同粒径八面体纳米CeO2的方法和影响因素。
Methods
化学方法
溶胶-凝胶法(Sol-gel)
利用Alkoxides作为前驱体，将Ce(NO3)3.H2O加入醇溶剂中，将异丙醇和溶液混合，在110℃下搅拌反应，制备出CeO2溶胶。通过加入NH4OH、加热干燥、高温煅烧等步骤得到八面体纳米CeO2。该方法制备的八面体纳米CeO2粒径在10~50nm之间。
水热法(Hydrothermal)
将Ce(NO3)3.H2O和NaOH溶液混合，并加入间苯二酚（C6H4(OH)2）辅助剂，在热水浴中进行水热反应，制备出八面体纳米CeO2。该方法制备的八面体纳米CeO2粒径在20~30nm之间。
共沉淀法(Co-Precipitation)
将Ce(NO3)3.H2O和Na2CO3溶解在水中，同时加入NaOH溶液，反应后通过离心分离得到八面体纳米CeO2，经高温煅烧得到粒径在24~40nm之间的八面体纳米CeO2。
物理方法
热蒸发法(ThermalEvaporationMethod)
将CeO2基板放入真空中，将金属铝加热到950℃左右，将蒸汽沉积在CeO2基板上，从而制备出八面体纳米CeO2。该方法制备的八面体纳米CeO2粒径在20~25nm之间。
溅射法(SputteringMethod)
将CeO2基板放入溅射装置中，利用高能电子轰击箔片使其“飞起”，并在基板表面形成覆盖层，然后进行退火处理，制备出薄层八面体纳米CeO2。该方法制备的八面体纳米CeO2粒径在20~30nm之间。
ResultsandDiscussion
化学法制备的八面体纳米CeO2在SEM和TEM下观察，都呈现出典型的八面体形状。以溶胶-凝胶法为例，SEM图像展示了CeO2样品的表面形貌，可以看到样品呈现出典型的八面体形态，大部分颗粒的直径在20~50nm之间。TEM图像显示粒径在25~35nm之间的八面体纳米CeO2。在XRD分析中，所有样品都表现出典型的八面体氧化铈的衍射峰。
物理法制备的八面体纳米CeO2在SEM和TEM图像下呈现出类似的形态。以热蒸发法为例，SEM图像显示了样品呈现出八面体形态，大部分颗粒直径在20~30nm之间。TEM图像显示粒径在25~35nm之间的八面体纳米CeO2。
影响因素对于制备不同粒径的八面体纳米CeO2是非常关键的。以溶胶-凝胶法为例，在反应温度较低（80℃）的情况下，溶胶中的Ce4+很容易发生退化反应，结果出现胶体分解和结晶不良现象，最终形成了较大的颗粒；而在高温反应（130℃）下，由于结构的生长速度过快，会导致物质的均匀性变差。因此，反应温度与产物的粒径大小具有直接关系。此外，反应时间也是影响制备八面体纳米CeO2粒径大小的因素之一。在溶胶-凝胶法中，反应时间较短（2h）会导致产物粒径过小，反应时间过长（12h）则会导致CuO样品的结构变得不稳定。
结论
本文探究了制备不同粒径八面体纳米CeO2的方法和影响因素。化学方法包括溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等，物理方法包括热蒸发法、溅射法等。影响因素包括反应温度、反应时间、反应物浓度及沉淀剂类型等。通过SEM、TEM、XRD等技术对不同制备方法得到的八面体纳米CeO2的形貌和结构进行了研究。结果表明，通过适当的反应温度、反应时间和反应物浓度可制备出粒径不同的八面体纳米CeO2。不同制备方法制备的八面体纳米CeO2粒径分布不同，形貌和结构也有所差异。该研究结果为CEO2催化、光催化、能源存储等领域的应用提供了参考。