专利名称：单分散氧化铈纳米颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明属于稀土氧化物材料领域，涉及一种单分散氧化铈纳米颗粒及其制备方法。
背景技术：
铈是一种重要的镧系元素，具有很好的氧化还原性能。氧化铈是稀土氧化物系列中活性最高的一种催化剂，具有较为独特的晶体结构，较高的储氧能力和释放氧的能力，较强的氧化-还原性能(Ce37Ce4+)，因而受到了人们的极大关注，已普遍应用于工业催化、精密抛光等领域。纳米氧化铈吸附在具有活性的载体材料上可以大大提高材料的氧化还原性能。在高精密抛光中，粉体的粒度、形貌及其尺寸分布的均勻性具有重要影响，颗粒越细，分布越均勻，则抛光效果越好。中国发明专利CN101792171A将可溶性铈盐加入到水和有机溶剂混合溶液中， 通过水热反应并结合煅烧制备了氧化铈纳米球。中国发明专利CN101825551A以三价铈盐作为原料，通过两次水热反应，制备得到90 450nm的氧化铈微球。中国发明专利 CN1699282A以铈盐和尿素为原料，采用均勻沉淀法合成了亚微米级的氧化铈。中国发明专利CN101306830A以乙酰丙酮铈为铈源，采用回流水解法，在225 240°C之间制备了平均粒径为5 IOnm的水溶性球形氧化铈纳米晶。中国发明专利CN101541912A采用铈的前驱体溶液与沉淀剂溶液混合而发生反应，同时对溶液进行氧化处理，制备的氧化铈粉末粒径可在50nm 3μπι之间调节。上述发明制备过程比较复杂，或需要两次水热反应，或需要后续煅烧处理，或需要使用沉淀剂与有机溶剂，并且所制备的产物粒径分布较宽，对粉体形貌和粒径分布的有效控制还存在困难。本发明旨在通过一种简便的工艺，采用简单的原料，制备出尺寸分布窄的氧化铈纳米粉体。
发明内容
本发明提供了一种极为简便的水热工艺，采用简单的原料即可方便地制备出结晶性良好的单分散纳米氧化铈纳米粉体，尺寸分布较窄。具体工艺过程为将铈盐、硝酸盐和分散剂按照一定比例混合并溶解于水中，搅拌均勻得到澄清溶液；将配好的溶液放入反应釜中，在烘箱中进行水热反应；反应完毕后的产物经水洗、乙醇洗涤、离心后放入烘箱中干燥，得到氧化铈纳米粉体。在本发明所述方法中，可溶性铈盐为硝酸铈铵((NH4)2Ce(NO3)6)，铈盐溶液的浓度小于lmol/L。硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾中的一种或者几种，铈盐、硝酸盐的摩尔比为 1 1.5 5。分散剂为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)中的一种，铈盐与分散剂的质量比为27. 4 411 1。在本发明所述方法中，水热反应温度为120 220°C，水热反应时间为1 100h， 在烘箱中60 120°C烘干。
本发明仅需在水热条件下，引入硝酸盐作为矿化剂，起到控制反应速度的作用，使反应经历稳定的成核、沉淀、晶化过程，无需后续高温热处理，即可制备出结晶性良好的单分散纳米氧化铈粉体。通过控制铈盐溶液的浓度、反应原料的比例、水热时间、水热温度即可实现对氧化铈粒径在160 300nm之间可控。本发明所述方法具有以下有益效果1)生产工艺简单、流程短、易操作，且重复性好；2)原料简单，以水为溶剂，无需使用有机溶剂，既节约了成本，又减少了环境污染；3) 一步水热反应即可得到晶化程度良好的纳米氧化铈粉体，无需附加的高温热处理，降低了工艺成本；4)产品分散性好，尺寸分布窄，可以通过反应温度、反应物浓度对粒径进行调控；5)本发明所制备的单分散氧化铈纳米颗粒可以用于紫外光屏蔽、汽车尾气催化、 机械抛光等方面。
图1为实施例1所制备的单分散氧化铈纳米颗粒的扫描电镜照片，呈现有棱角的球形形貌，尺寸十分均一，粒径为240士2nm。图2为实施例1所制备的氧化铈纳米颗粒的XRD谱图，与JCPDS (34-0394)卡片的结果一致，为纯相的CeO2，并具有良好的结晶性。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行更详细的描述和说明，但本领域技术人员懂得，这些实施例仅用于举例说明本发明，其不对本发明的范围构成任何限制。实施例1称取2. 74g硝酸铈铵、1. Og硝酸钠和0. Ig PEG 2000，溶解于15ml水中，通过磁力搅拌充分混合，得到澄清溶液。将此溶液转移到反应釜中，放入烘箱中，在200°C水热反应10小时。经水洗、乙醇洗涤并离心分离后，将沉淀物置于烘箱中80°C烘干，得到粒径为 240 士 2nm的单分散氧化铈。实施例2称取4. Ilg硝酸铈铵、1.5g硝酸钠和0. Olg ΡΕ0，溶解于15ml水中，通过磁力搅拌充分混合，得到澄清透明溶液。将此溶液转移到反应釜中，放入烘箱中，在220°C水热反应1小时。经水洗、乙醇洗涤并离心分离后，将沉淀物置于烘箱中80°C烘干，得到粒径为 270 士 3nm的单分散氧化铈。实施例3称取2. 74g硝酸铈铵、2. Og硝酸锂和0. Ig PVP，溶解于15ml水中，通过磁力搅拌充分混合，得到澄清溶液。将此溶液转移到反应釜中，放入烘箱中，在120°C水热反应100小时。经水洗、乙醇洗涤并离心分离后，将沉淀物置于烘箱中80°C烘干，得到粒径为180士3nm 的单分散氧化铈。实施例4
称取5. 48g硝酸铈铵、2. Og硝酸钠和0. 8g PVP，溶解于15ml水中，通过磁力搅拌充分混合，得到澄清溶液。将此溶液转移到反应釜中，放入烘箱中，在150°C水热反应60小时。经水洗、乙醇洗涤并离心分离后，将沉淀物置于烘箱中80°C烘干，得到粒径为195士3nm 的单分散氧化铈。实施例5称取2. 74g硝酸铈铵、1. Og硝酸钾和0. 18g PVP，溶解于15ml水中，通过磁力搅拌充分混合，得到澄清溶液。将此溶液转移到反应釜中，放入烘箱中，在180°C水热反应10小时。经水洗、乙醇洗涤并离心分离后，将沉淀物置于烘箱中80°C烘干，得到粒径为220士3nm 的单分散氧化铈。
权利要求
1.一种单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤将铈盐、硝酸盐和分散剂按照一定比例混合并溶解于水中，搅拌均勻得到澄清溶液；将配好的溶液放入反应釜中，在烘箱中进行水热反应；反应完毕后的产物经水洗、乙醇洗涤、离心后放入烘箱中干燥，得到氧化铈粉体。
2.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述可溶性铈盐为硝酸铈铵。
3.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，铈盐溶液的浓度小于lmol/L。
4.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的一种。
6.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，水热反应温度为120 220°C，水热反应时间为1 100h。
7.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，铈盐、硝酸盐的摩尔比为1 1. 5 5。
8.根据权利要求1所述的单分散氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，铈盐与分散剂的质量比为27. 4 411 1。
9.一种单分散氧化铈纳米颗粒，是由权利要求1-8中任意一项所述的方法制备得到的，尺寸均一，粒径在160 300nm之间可控。
全文摘要
本发明提供了一种单分散氧化铈纳米颗粒及其制备方法，以可溶性铈盐、硝酸盐和分散剂为反应原料，以水为溶剂，硝酸盐作为矿化剂，起到控制反应速度的作用，在水热条件下通过控制铈盐溶液的浓度、反应原料的比例、水热时间、水热温度即可制备出结晶性良好的单分散氧化铈纳米粉体，并实现对氧化铈粒径的有效调控。本发明方法所制备的氧化铈纳米粉体尺寸分布均匀、分散性好，制备工艺简单，无需复杂原料设备，易操作、成本低、重复性好。
文档编号B82Y40/00GK102557105SQ20111045995
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者毛丹, 王丹, 胡柱东 申请人:中国科学院过程工程研究所, 佛山市高明区(中国科学院)新材料专业中心