一種鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法。該發(fā)明將水熱合成法與噴霧干燥法結(jié)合起來，使用常規(guī)設(shè)備，制備過程簡單易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。該方法所制備的鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料，形貌均勻，長徑比可控，經(jīng)500℃焙燒仍能保持良好的棒狀形貌。該材料應(yīng)用前景廣闊，不僅可應(yīng)用于熱催化、光催化以及電催化反應(yīng)，還可用于生物醫(yī)藥、發(fā)光材料等領(lǐng)域。
【專利說明】
-種柿祕復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種姉祕復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法，屬于納米材料制備技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化姉化6〇2)由于其特殊的仁63+一：64^氧化還原循環(huán)表現(xiàn)出優(yōu)異的儲放氧性能， 作為催化材料被廣泛應(yīng)用于機動車尾氣凈化、燃料電池等多相催化劑體系（專利 US5491120;US6255249;Huang X.S.et al.Applied (^i1:alysis B:E；nvi;ronmental,2009, 90:224;Z址ir M.H.et alJiiel Cells,2009,9:164-169;化roslava L.'et al.Physical Qiemistry化emical Physics ,2016,18: 7672.)。其催化性能與材料的尺寸、形貌、組成密 切相關(guān)。調(diào)變納米粒子尺寸會改變反應(yīng)物的吸附和活化狀態(tài)，從而影響催化反應(yīng)性能，運是 多年來納米催化研究的重點領(lǐng)域。但是，納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)不僅依賴于其尺寸效應(yīng)， 而且也跟其形貌密切相關(guān)。近年來，隨著納米材料科學(xué)的快速發(fā)展，已經(jīng)可W在納米尺度上 有效調(diào)變固體催化劑粒子的形貌，許多研究工作在維持納米尺寸效應(yīng)的基礎(chǔ)上進一步對 Ce化基納米材料的形貌進行調(diào)控，可選擇性地暴露高活性或特定能量晶面，從而大幅度提 高催化反應(yīng)活性、選擇性和穩(wěn)定性化i Y.,et al.Qiemical Society Reviews,2014,43: 1543)。
[0003] 由于Ce化熱穩(wěn)定性較差，需要添加 Zr、La、Y、Ti等其他元素來增強其熱穩(wěn)定性能 (Turko G.A.,et al.Kinetics and Catalysis,2005,46,932;Zhang Z丄.，et al.Applied Catalysis B:Environmental, 2007,76: 335.)。那么單組份金屬氧化物的特殊形貌能否在 添加其他元素后繼續(xù)保持，滲雜后在催化反應(yīng)中的形貌效應(yīng)能否繼續(xù)體現(xiàn)，對于特殊形貌 納米催化材料應(yīng)用于實際催化反應(yīng)具有重要的研究價值。近年來，不同元素滲雜的不同形 貌的Ce〇2基納米材料陸續(xù)研發(fā)出來，如1^曰、口'、炯、611、6(1、￥、11、111、&等元素滲雜的〔6〇2基納 米棒，2'、111、冊、加等元素滲雜的〔6〇2基復(fù)合氧化物納米立方體，2'、1'1、4旨、腳等元素滲雜 的Ce化基復(fù)合氧化物納米管等，并表現(xiàn)出納米催化形貌效應(yīng)(CN 101693520 A;Chen，W.T.， et al.,Chemical Communications,2010.46:3286；Li S.,et al.,Applied Catalysis B: Environmental,2014,144:498;Mondragon-Galicia G.,et al.,Physical Chemistry Chemical Physics,2011,13:16756；Li H.,et al.,Catalysis Science&Technology, 2011,1:1677;Chen,Y.C.,et al.,Journal of Physical ChemistiT 0,2009,113:5031; Zhao F.Z. ,et al.,Physical Chemistry Chemical Physics, 2014,16:17183.)。但是 Bi 元 素滲雜的姉祕復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種姉祕復(fù)合氧化物納米棒材料的制 備方法，該方法工藝簡單，綠色環(huán)保，產(chǎn)率高，所制備的納米材料尺寸、形貌均勻，且易于工 業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明由Bi元素滲雜并進入Ce化晶格而制成姉祕復(fù)合氧化物納米棒材料，該材料 尺寸和形貌均勻。
[0007] 所述姉祕復(fù)合氧化物納米棒材料，其中姉祕的摩爾比為0.8~0.99:0.2~0.01。
[0008] 本發(fā)明采用水熱-噴霧干燥法，得到納米棒狀材料，其制備工藝簡單。其具體步驟 為:根據(jù)用量比例，將硝酸祕的水溶液加入到可溶于水的姉鹽水溶液中，在室溫不斷攬拌的 條件下，再加入過量的沉淀劑，得到混合物。將得到的混合物封裝在密閉容器中，老化20hW 上，得到反應(yīng)產(chǎn)物。將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗涂，然后噴霧干燥，再賠燒，即得該納米棒材料。。
[0009] 上述制備方法中，姉鹽最好是硝酸姉、硝酸姉氨。所述的沉淀劑為氨氧化鋼溶液或 氨氧化鐘溶液。老化溫度一般為80~150°C，較好的老化溫度為100~120°C。老化20hW上 后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗涂，再加入占 Ce化總質(zhì)量10~50wt %的聚乙二醇溶液調(diào)漿，噴霧干 燥，控制粉末平均粒徑在5~10微米。將噴霧干燥后得到的粉末進行真空干燥。干燥后的催 化劑再在給定的氣氛下賠燒。賠燒的氣氛一般為空氣或氧氣。賠燒溫度一般為400~500°C。
[0010] 在上述制備方法中，干燥和賠燒過程如下:在80°C條件下真空干燥12小時，之后再 在150~200°C條件下賠燒1~2小時，接著在400~500°C條件下賠燒2~5小時，得到該納米 棒材料。
[ocm]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0012] (1)本發(fā)明采用水熱-噴霧干燥法，無苛刻溫度和壓力要求，使用常規(guī)設(shè)備，制備過 程簡單易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013] (2)該方法所制備的納米棒材料，形貌均勻，長徑比可控，經(jīng)50(TC賠燒仍能保持良 好的棒狀形貌。
[0014] (3)該材料應(yīng)用前景廣闊，不僅可應(yīng)用于熱催化、光催化W及電催化反應(yīng)，還可用 于生物醫(yī)藥、發(fā)光材料等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[001引圖巧本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)品的TEM照片。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例2所得產(chǎn)品的TEM照片。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例3所得產(chǎn)品的TEM照片。
[001引圖4為本發(fā)明實施例4所得產(chǎn)品的TEM照片。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例4所得產(chǎn)品的HRTEM照片。
[0020] 圖6為本發(fā)明所得材料的XR的普圖，其中橫坐標(biāo)為2Θ衍射角，縱坐標(biāo)為強度。
【具體實施方式】
[0021] 實施例1
[00剖 06日.9泌1日.日108化6與81的摩爾比為0.99:0.01)復(fù)合氧化物納米棒的制備。
[0023]首先將5.21g硝酸姉和0.058?硝酸祕溶于lOmL去離子水中，磁力攬拌溶解后，再 加入40mL lOmol/L氨氧化鋼溶液，磁力攬拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至lOOmL含聚四氣乙締 內(nèi)襯的不誘鋼水熱蓋中。將密封的反應(yīng)蓋放入烘箱中，8(TC保持20h，自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn) 物過濾、洗涂，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇0.21g的水溶 液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5微米，將得到的粉末于80°C真空干燥12h，然后在 空氣氣氛下150°C賠燒化，之后再在400°C賠燒化，得到長為50~200加1、直徑為5~lOnm的 Ceo. ggBio. οιΟδ夏合韓化物納術(shù)棒。
[0024] 實施例2
[002引 Ceo.9日Bio.日日0s(Ce與Bi的摩爾比為0.95:0.05)復(fù)合氧化物納米棒的制備。
[00%]首先將6.57g硝酸姉錠和0.294g硝酸祕溶于10血去離子水中，磁力攬拌溶解后，再 加入40mL lOmol/L氨氧化鐘溶液，磁力攬拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至lOOmL含聚四氣乙締 內(nèi)襯的不誘鋼水熱蓋中。將密封的反應(yīng)蓋放入烘箱中，l〇〇°C保持25h，自然冷卻后，將反應(yīng) 產(chǎn)物過濾、洗涂，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇0.413g的 水溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在10微米，將得到的粉末于80°C真空干燥12h，然 后在氧氣氣氛下200°C賠燒化，之后再在500°C賠燒化，得到平均長度為50~200皿、直徑為5 ~lOnm的Ceo.9巧io.冊O(shè)s復(fù)合氧化物納米棒。
[0027]實施例3
[002引 Ceo.泌io.iOs(Ce與Bi的摩爾比為0.9:0.1)復(fù)合氧化物納米棒的制備。
[0029] 首先將5.21g硝酸姉和0.588g硝酸祕溶于lOmL去離子水中，磁力攬拌溶解后，再加 入40mL lOmol/L氨氧化鋼溶液，磁力攬拌30min，將上述溶液轉(zhuǎn)移至lOOmL含聚四氣乙締內(nèi) 襯的不誘鋼水熱蓋中。將密封的反應(yīng)蓋放入烘箱中，120°C保持20h，自然冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn) 物過濾、洗涂，將得到的濾餅搗碎，加入去離子水制成乳濁液，加入含聚乙二醇1. 〇33g的水 溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5微米，將得到的粉末于80°C真空干燥12h，然后 在空氣氣氛下180°C賠燒1.5h，之后再在500°C賠燒池，得到長為10~50皿、直徑為8~25皿 的Ceo. gBio. ιΟδ夏合氧1化物納術(shù)棒。
[0030] 實施例4
[0031] 〇6日.泌1日.2〇5化6與81的摩爾比為0.8:0.2)復(fù)合氧化物納米棒的制備。與實施例3的 制備過程相同，不同之處在于:老化溫度l〇〇°C;硝酸祕用量不同。如表3所示。按照表3參數(shù)
[0032] 表3制備參數(shù)
[0033]
[0034] 制備，得到長為10~50nm、直徑為8~25nm的Ce日.泌i〇.2〇遍合氧化物納米棒。
【主權(quán)項】
1. 一種鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料，其特征在于，由Bi元素?fù)诫s并進入Ce02晶格而制 成，鈰鉍的摩爾比為0.8~0.99:0.2~0.01。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料，其特征在于，采用水熱-噴霧干 燥法，得到納米棒狀材料，其制備工藝簡單。其具體步驟為:根據(jù)用量比例，將硝酸鉍的水溶 液加入到可溶于水的鈰鹽水溶液中，在室溫下，不斷攪拌，再加入過量的沉淀劑，得到混合 物。將得到的混合物封裝在密閉容器中，老化20h以上，得到反應(yīng)產(chǎn)物。將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗 滌，然后噴霧干燥，再焙燒，即得該納米棒材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法，其特征在于，鈰鹽為 硝酸鈰或硝酸鈰氨。所述的沉淀劑為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。老化溫度一般為80~ 150°C，較好的老化溫度為100~120°C。老化20h以上后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌，再加入占 Ce02總質(zhì)量10~50wt%的聚乙二醇溶液調(diào)漿，噴霧干燥，控制粉末平均粒徑在5~10微米。 將噴霧干燥后得到的粉末進行真空干燥。干燥后的催化劑再在給定的氣氛下焙燒。焙燒的 氣氛一般為氧氣或空氣。焙燒溫度一般為400~500°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈰鉍復(fù)合氧化物納米棒材料的制備方法，其特征在于，干燥和 焙燒過程如下:在80 °C條件下真空干燥12小時，之后再在150~200°C條件下焙燒1~2小時， 接著在400~500°C條件下焙燒2~5小時，得到該納米棒材料。
【文檔編號】C01F17/00GK106082298SQ201610446044
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】陳永東, 張超磊, 蔣炳正, 楊草萍, 賴南君, 柳具盆, 陳耀強
【申請人】西南石油大學(xué)