专利名称：花状结构的纳米氧化铈材料及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种具有花状结构的纳米氧化铈材料，及其制备方法，和其作为催化剂或催化剂载体的应用。
背景技术：
一方面，氧化铈材料可以作为催化剂，通过提供氧而参与氧化还原反应，直接催化一氧化碳的氧化过程。但是在现有的氧化铈基催化剂中，由于氧化铈一般都呈无规则的颗粒状，比表面相对较低，反应物气体的扩散动力学较差，从而使得催化剂需在较高的温度下才有催化活性。如在文献1Mats Lundberg，Bjrn Skrman，L.ReineWallenberg，Microporous and Mesoporous Materials，2004，69，187-195中，公开了一种用于催化一氧化碳转化的介孔氧化铈。但是由于这类介孔氧化铈的比表面积不是很大，将经700℃焙烧的、性能最好的介孔氧化铈用于一氧化碳的催化氧化反应，反应温度在440℃时，转化率仅能达到80％，说明这类介孔氧化铈作为催化剂，在低温下的催化活性还是比较低，不能满足实际应用时的需求。
另一方面，在使用三效催化剂(净化器)治理汽车尾气，和从富氢的燃料中制得纯净氢气的水汽重整反应中，均涉及到一氧化碳的催化氧化反应。常常用到氧化铈作为载体，负载了贵金属，得到的金属-氧化铈复合材料作为催化剂。在反应过程中，氧化铈具有如下的多重作用(1)促进贵金属的分散；(2)提高Al2O3支撑体的热稳定性；(3)加速水汽转移(WGS)和蒸汽重整反应；(4)有利于界面金属-支撑位的催化活性；(5)利用晶格氧通过氧化加速CO的去除；(6)在贫氧和富氧条件下分别贮藏和释放氧。已经发现，对于许多氧化还原反应，金属-氧化铈体系比金属/氧化铝或者是其它氧化物支撑体的活性要高几个数量级。如在文献2Fu，Q.；Kudriavtseva，S.；Saltsburg，H.；Flytzani-Stephanopoulos，M.Gold-ceria catalysts for low-temperature water-gas shiftreaction，Chemical Engineering Journal.2003，93，41-53中，公开了一种用于低温水汽重整反应(low-temperature water-gas shift reaction)的Au/CeO2催化剂，采用了不同的方法负载金催化剂，研究了载体对贵金属催化剂的活性和选择性的影响，其中用尿素凝胶/共沉淀(UGC)法制备的8at.％Au掺杂的La2O3-CeO2样品表现出最好性能，但它的活性仍较低，大约在200C对CO的转化率才达到78％。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的氧化铈材料的比表面积较低，使得其作为催化剂时需在较高的温度下使用，且催化活性低的缺陷，从而提供一种比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高的花状结构的纳米氧化铈材料，及其制备方法和用途。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供一种具有花状结构的纳米氧化铈粉体材料，粉体材料中每个颗粒的几何外观接近球形，平均直径为100nm～100μm，每一个颗粒上生长了许多厚度为2～500nm的薄片，每个薄片的取向和球表面垂直，呈放射状从内部向外，每个薄片既可以是平直的平面，也可以是弯曲的曲面，薄片和薄片之间相互连接在一起，我们将具有这种特殊几何结构的纳米氧化铈形象地定义为“花状结构的纳米氧化铈”。
本发明提供一种制备上述具有花状结构的纳米氧化铈材料的方法，包括下述步骤1)制备花状结构的碱式碳酸铈在强烈搅拌下，向0.01～5M葡萄糖水溶液中依次加入丙烯酰胺和可溶性铈盐，溶液中葡萄糖、铈盐和丙烯酰胺的摩尔比为葡萄糖∶铈盐∶丙烯酰胺＝1∶0.1～5∶0.25～4，使用碱液将混合液的pH值调节为8～11，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物；再充分搅拌1～24时后，将得到的凝胶状物转入密封的高压釜，填充度为70～90v％，在90～220℃恒温10～72小时；自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在80～100℃干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈(CeOHCO3)；所述的可溶性铈盐为硝酸铈、氯化铈或乙酸铈；所述的碱液为25wt.％ NH3.H2O溶液、0.5M NaOH水溶液、或0.5M KOH水溶液；2)制备花状结构的氧化铈将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物在空气氛下，于600℃焙烧6小时，即可得到花状结构的纳米氧化铈材料。
也可以将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按2～50ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧6小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，即可得到形貌更完好的花状结构的纳米氧化铈材料。
本发明提供的具有花状结构的纳米氧化铈材料可作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂。
本发明提供的具有花状结构的纳米氧化铈材料也可作为催化剂的载体，负载了选自金、铂、银、钌、钯中的一种或两种贵金属，得到的二元或三元复合材料作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂，所述的贵金属与氧化铈的摩尔比为0.01～0.5∶1。
本发明提供的制备具有花状结构的纳米氧化铈材料的方法是依据生物矿化原理，利用葡萄糖和丙烯酰胺嫁接聚合反应的多糖类中间产物作为模板，通过该有机模板和无机的水合金属氧化物的自组装过程，以及随后的高温水热处理，缩聚、脱水，从而首次得到具有花状结构的纳米氧化铈材料。这种材料的分散性很好，呈单分散性，粉体材料中每个颗粒的几何外观接近球形，平均直径为100nm～100μm，每一个颗粒上生长了许多厚度为2～500nm的薄片，每个薄片的取向和球表面垂直，呈放射状从内部向外，薄片和薄片之间相互连接在一起，具有像“花状”的多孔结构。因而其比表面非常大。
与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明提供的纳米氧化铈材料具有特殊的几何构型，呈“花状”结构，是一种新型的纳微复合材料，其具有高的比表面积、大的孔体积和孔隙率，良好的气液通透性和显著的热稳定性，容易掺杂，并能够在掺杂后仍保持其织构和机械性能等优点。在直接作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂时，显示出了很好的动力学性能，热稳定性和结构稳定性，可以在较低的温度下使得一氧化碳的转化率较高。
2、使用本发明提供的花状结构的纳米氧化铈材料作为载体，负载了贵金属的复合材料，在用于三效催化剂和水汽重整反应时表现出很好的反应活性，可以有效地促进贵金属的分散，提高催化剂的活性，使得一氧化碳能在较低的温度下被完全转化为二氧化碳。
3、本发明提供的制备方法所采用的工艺简单，重复性好，所需仪器设备都是化学和材料工业常用的设备；且制备出的产品产率高，分散性好，质量稳定，适合于工业化大规模生产。
图1为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈的场发射扫描电镜照片；图2为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈的高放大倍数的场发射扫描电镜照片；其中，A图为放大75000倍，B图为放大100000倍；图3为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈的剖面的场发射扫描电镜照片；图4为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈的透射电镜照片(A图，放大75000倍)和高分辨透射电镜照片(B图，放大100000倍)；图5为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈的N2-吸脱附等温线，插图为BJH孔径分布；图6为实施例1制备的花状结构的纳米氧化铈对CO的催化氧化反应。
图7为使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米氧化铈颗粒对CO的催化氧化反应曲线。
图8为实施例4制备的花状结构的CeO2-Au催化剂对CO的催化氧化反应曲线。
具体实施例方式
实施例1、称取葡萄糖0.0007mol，在强烈搅拌下，加入含有70毫升的去离子水的容器中，配制成0.01M葡萄糖水溶液中，然后加入0.000175mol的丙烯酰胺，待完全溶解后，再加入0.00007mol水合的硝酸铈，搅拌使得硝酸铈完全溶解后，再滴加25wt％ NH3.H2O溶液将混合液的pH值调节为10，随着氨水的滴加，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物，该凝胶状物的pH值约为10；再充分搅拌5小时之后，将得到的凝胶状物转入100毫升的聚四氟内衬的高压釜中，填充度为70v％，然后将高压釜密封。并在180℃的恒温烘箱中保持72小时。待水热反应之后，自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在80℃的真空烘箱中干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈(CeOHCO3)产物。
将该花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按50ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧2小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，即可得到本发明的花状结构的纳米氧化铈材料。
该花状结构的纳米氧化铈的场发射扫描电镜照片和其剖面的场发射扫描电镜照片分别如图1和图3所示，其高放大倍数的场发射扫描电镜照片如图2所示(A和B分别为放大75000和100000倍的电镜照片)，其透射电镜照片和高分辨透射电镜照片分别如图4-A和图4-B所示，可见产物的均匀性好，呈粉体，粉体材料中每个颗粒的几何外观接近球形，平均直径为2μm，每一个颗粒上生长了许多厚度为20～30nm的薄片，每个薄片的取向和球表面垂直，呈放射状从内部向外，薄片和薄片之间相互连接在一起，具有像“花状”的结构，球形形貌好。这种材料具有开放的多孔，非常适合做复合材料的支撑体，并且三维开放的孔道有助于气、液反应物的扩散。
图5为N2-吸脱附等温线，插图为BJH孔径分布，可见该氧化铈粉体的比表面积高达92.2m2g-1，平均孔径为6.9nm，累积孔体积为0.17cm3.g-1。
将本发明的花状结构的纳米氧化铈材料用作一氧化碳催化氧化反应时，催化剂重量为0.15g，通入的反应气体组成(体积百分比)为1％CO，19％ O2，其余用N2气平衡，反应气体的流速为100ml.min-1，反应器出口的气体组成用气相色谱检测。不同温度下的转化率如图6所示，随着温度升高，转化率也变大，在350℃下对一氧化碳的转化率即可高达90.7％，在500℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)在用于相同条件下的一氧化碳催化氧化反应时，不同温度下的转化率如图7所示，反应温度在400℃时的转化率为73.2％，在550℃时的转化率为85.6％。可见，本发明提供的氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例2称取葡萄糖0.45mol，在强烈搅拌下，加入含有90毫升的去离子水的容器中，配制成5M葡萄糖水溶液中，然后加入1.8mol的丙烯酰胺，待完全溶解后，再加入2.25mol水合的乙酸铈，搅拌使得乙酸铈完全溶解后，再滴加0.5M NaOH溶液将混合液的pH值调节为11，随着碱液的滴加，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物，该凝胶状物的pH值约为8；再充分搅拌1小时之后，将得到的凝胶状物转入100毫升的聚四氟内衬的高压釜中，填充度为90v％，然后将高压釜密封。并在220℃的恒温烘箱中保持10小时。待水热反应之后，自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在100℃的真空烘箱中干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈(CeOHCO3)产物。
将该花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按2ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧2小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，即可得到本发明的花状结构的纳米氧化铈材料。颗粒的平均直径为100nm，每片厚度平均约2nm。
将本发明的花状结构的纳米氧化铈材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在350℃下对一氧化碳的转化率高达92％，在490℃对一氧化碳几乎完全转化。
实施例3称取葡萄糖0.02mol，在强烈搅拌下，加入含有80毫升的去离子水的容器中，配制成0.25M葡萄糖水溶液中，然后加入0.04mol的丙烯酰胺，待完全溶解后，再加入0.06mol水合的氯化铈，搅拌使得氯化铈完全溶解后，再滴加0.5M KOH溶液将混合液的pH值调节为8，随着碱液的滴加，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物，该凝胶状物的pH值约为11；再充分搅拌24小时之后，将得到的凝胶状物转入100毫升的聚四氟内衬的高压釜中，填充度为80v％，然后将高压釜密封。并在90℃的恒温烘箱中保持50小时。待水热反应之后，自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在90℃的真空烘箱中干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈(Ce(OH)CO3)产物。
将该花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按25ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧2小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，即可得到本发明的花状结构的纳米氧化铈材料。颗粒的平均直径为100μm，每片厚度平均约500nm。
将本发明的花状结构的纳米氧化铈材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在350℃下对一氧化碳的转化率高达88％，在500℃对一氧化碳几乎完全转化。
实施例4、载Au的氧化铈复合材料将0.003mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。使用0.2M NaOH溶液调节0.01M HAuCl4的去离子水溶液，使之pH为10；然后将100ml该溶液加入到上述悬浮液中，再用0.2M NaOH溶液调节混合液的pH为10。将此混合液于室温下强烈地搅拌18小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍以上，直至用AgNO3检测，无Cl-离子存在为止，然后将经洗涤的固体物在80℃下干燥10小时，即得到载Au的氧化铈复合材料，所负载的Au与氧化铈的摩尔比为0.33∶1。
从场发射扫描电镜照片可以看出，该复合材料的平均粒径为4～5μm，其上生长的薄片的厚度为50～60nm。
将得到的载Au的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。不同温度下的转化率如图8所示，在室温(24℃)对一氧化碳的转化率即高达80.2％，在200℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Au后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为33.2％，在300℃时的转化率为95％。可见，本发明提供的载Au的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例5、载Ag的氧化铈复合材料将0.01mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。在强烈搅拌下，将100ml 0.05M AgNO3的去离子水溶液滴加到上述悬浮液中；滴加10ml 0.5M甲醛溶液，再搅拌10小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍，即得到载Ag的氧化铈复合材料，所负载的Ag与氧化铈的摩尔比为0.5∶1。该复合材料的平均粒径为3～4μm，其上生长的薄片的厚度为40～50nm。
将得到的载Ag的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在室温(24℃)下对一氧化碳的转化率高达40％，在220℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Ag后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为20.4％，在300℃时的转化率为90％。可见，本发明提供的载Ag的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例6、载Pt的氧化铈复合材料将0.01mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。使用0.2M NaOH溶液调节0.001M H2PtCl6.6H2O的去离子水溶液中，使之pH为10；然后将100ml该溶液加入到上述悬浮液中，再用0.2M NaOH溶液调节混合液的pH为10。将此混合液于室温下强烈地搅拌18小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍以上，直至用AgNO3检测，无Cl-离子存在为止，然后将经洗涤的固体物在80℃下干燥10小时，即得到载Pt的氧化铈复合材料，所负载的Pt与氧化铈的摩尔比为0.01∶1。该复合材料的平均粒径为2～3μm，其上生长的薄片的厚度为30～40nm。
将得到的载Pt的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在室温(24℃)对一氧化碳的转化率高达60.3％，在200℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Pt后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为25％，在300℃时的转化率为93％。可见，本发明提供的载Pt的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例7、载Ru的氧化铈复合材料将0.01mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。在强烈搅拌下，将100ml 0.02M RuCl3的去离子水溶液滴加到上述悬浮液中；滴加10ml 0.5M甲醛溶液，再搅拌10小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍，直至用AgNO3检测，无Cl-离子存在为止，然后将经洗涤的固体物在80℃下干燥10小时，即得到载Ag的氧化铈复合材料，所负载的Ru与氧化铈的摩尔比为0.2∶1。该复合材料的平均粒径为3～4μm，其上生长的薄片的厚度为40～50nm。
将得到的载Ru的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在室温(24℃下)对一氧化碳的转化率高达49.7％，在220℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Ru后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为38％，在300℃时的转化率为98％。可见，本发明提供的载Ru的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例8、载Pd的氧化铈复合材料将0.01mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。在强烈搅拌下，将100ml 0.025M的PdCl2的去离子水溶液滴加到上述悬浮液中；滴加10ml 0.5M甲醛溶液，再搅拌10小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍，直至用AgNO3检测，无Cl-离子存在为止，然后将经洗涤的固体物在80℃下干燥10小时，即得到载Pd的氧化铈复合材料，所负载的Pd与氧化铈的摩尔比为0.25∶1。该复合材料的平均粒径为4～5μm，其上生长的薄片的厚度为30～40nm。
将得到的载Pd的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在室温(24℃下)对一氧化碳的转化率高达76％，在220℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Pd后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为40％，在300℃时的转化率为99％。可见，本发明提供的载Pd的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
实施例9、载Au和Pd的氧化铈复合材料将0.03mol实施例1制得的具有花状结构的纳米氧化铈加入到100毫升去离子水中，超声分散，制得悬浮液。使用0.2M NaOH溶液调节含有0.001M HAuCl4和0.002MPdCl2的去离子水溶液中，使之pH为10；然后将100ml该溶液加入到上述悬浮液中，再用0.2M NaOH溶液调节混合液的pH为10。将此混合液于室温下强烈地搅拌18小时；离心分离，分出固体，用去离子水和无水乙醇洗涤三遍以上，直至用AgNO3检测，无Cl-离子存在为止，然后将经洗涤的固体物在80℃下干燥10小时，即得到载Au和Pd的氧化铈复合材料，所负载的Au和Pd与氧化铈的摩尔比为0.1∶1。该复合材料的平均粒径为5～6μm，其上生长的薄片的厚度为40～50nm。
将得到的载Au和Pd的氧化铈复合材料用作一氧化碳催化氧化反应时，具体的测试条件同实施例1。在室温(24℃)对一氧化碳的转化率高达84.6％，在200℃对一氧化碳几乎完全转化。
使用普通的草酸盐沉淀法制得的纳米晶氧化铈颗粒(平均粒径为20nm)，其负载相同量Au和Pd后的复合材料，在用于相同条件的一氧化碳的催化氧化反应时，在室温(24℃)下的转化率为52％，在280℃时的转化率为98％。可见，本发明提供的载Au和Pd的氧化铈复合材料由于其载体氧化铈材料比表面积大，在作为催化剂时可在较低的温度下使用，且催化活性高。
权利要求
1.一种具有花状结构的纳米氧化铈粉体材料，粉体材料中每个颗粒的几何外观接近球形，平均直径为100nm～100μm，每一个颗粒上生长了厚度为2～500nm的薄片，每个薄片的取向和球表面垂直，呈放射状从内部向外，薄片和薄片之间相互连接在一起，呈花状结构。
2.如权利要求1所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料，其为通过如下的方法得到的1)制备花状结构的碱式碳酸铈搅拌下，向0.01～5M葡萄糖水溶液中依次加入丙烯酰胺和可溶性铈盐，溶液中葡萄糖、铈盐和丙烯酰胺的摩尔比为葡萄糖∶铈盐∶丙烯酰胺＝1∶0.1～5∶0.25～4，使用碱液将混合液的pH值调节为8～11，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物；再搅拌1～24时后，将得到的凝胶状物转入密封的高压釜，填充度为70～90v％，在90～220℃恒温10～72小时；自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在80～100℃干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈；2)制备花状结构的氧化铈将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物在空气氛下，于600℃焙烧6小时，得到花状结构的纳米氧化铈材料。
3.如权利要求2所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料，其特征在于所述的可溶性铈盐为硝酸铈、氯化铈或乙酸铈；所述的碱液为25wt.％NH3.H2O溶液、0.5MNaOH水溶液、或0.5M KOH水溶液。
4.如权利要求2所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料，其特征在于所述的步骤2)为将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按2～50ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧6小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，得到花状结构的纳米氧化铈材料。
5.一种制备权利要求1所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料的方法，包括下述步骤
1)制备花状结构的碱式碳酸铈搅拌下，向0.01～5M葡萄糖水溶液中依次加入丙烯酰胺和可溶性铈盐，溶液中葡萄糖、铈盐和丙烯酰胺的摩尔比为葡萄糖∶铈盐∶丙烯酰胺＝1∶0.1～5∶0.25～4，使用碱液将混合液的pH值调节为8～11，混合液由无色溶液变成浅黄绿色凝胶状物；再搅拌1～24时后，将得到的凝胶状物转入密封的高压釜，填充度为70～90v％，在90～220℃恒温10～72小时；自然冷却至室温，将得到的产物离心分离，去掉上清液，下层固体产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，然后在80～100℃干燥10小时，得到花状结构的碱式碳酸铈；2)制备花状结构的氧化铈将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物在空气氛下，于600℃焙烧6小时，得到花状结构的纳米氧化铈材料。
6.如权利要求5所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料的制备方法，其特征在于所述的可溶性铈盐为硝酸铈、氯化铈或乙酸铈；所述的碱液为25wt.％NH3.H2O溶液、0.5M NaOH水溶液、或0.5M KOH水溶液。
7.如权利要求5所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料的制备方法，其特征在于所述的步骤2)为将步骤1)中得到的花状结构的碱式碳酸铈产物置于管式炉中，一端开口暴露于空气气氛中，另一端按2～50ml/min通入氩气保护气，在600℃焙烧6小时，然后再在400℃、空气氛中焙烧4小时，得到花状结构的纳米氧化铈材料。
8.权利要求1所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂的用途。
9.权利要求1所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料作为催化剂的载体的用途。
10.如权利要求9所述的用途，所述的催化剂为权利要求1所述的具有花状结构的纳米氧化铈材料负载了选自金、铂、银、钌、钯中的一种或两种贵金属而得到的二元或三元复合材料，所述的贵金属与氧化铈的摩尔比为0.01～0.5∶1。
全文摘要
本发明是涉及一种具有花状结构的纳米氧化铈材料，粉体材料中每个颗粒的几何外观接近球形，其上生长了许多薄片，呈花状结构。其为先制备花状结构的碱式碳酸铈，然后再焙烧而得到的。该氧化铈材料可作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂。也可作为催化剂的载体，负载了选自金、铂、银、钌、钯中的一种或两种贵金属，得到的二元或三元复合材料作为处理汽车尾气的三效催化剂和低温水汽重整反应的催化剂。在作为催化剂时，本发明提供的纳米氧化铈材料由于其比表面积大，可在较低的温度下使用，且催化活性高。
文档编号B82B1/00GK1903731SQ200510087129
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月26日 优先权日2005年7月26日
发明者孙春文, 李泓, 陈立泉 申请人:中国科学院物理研究所