本發(fā)明涉及一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的生活水平也是逐漸的提升。自兩次工業(yè)革命以來，社會(huì)的生產(chǎn)力得到極大的提高，但是人類的生活環(huán)境卻是每況愈下，各種污染隨之而來。霧霾，水污染等等接踵而至。許多大城市屢屢被霧霾所困擾，pm2.5指數(shù)只增不減，有時(shí)百米之外灰蒙蒙的一片，這不僅影響交通安全，更是會(huì)對(duì)人類的身體產(chǎn)生極大的傷害。眾所周知，水孕育了生命，水對(duì)人類的作用極大?？涩F(xiàn)在水污染極其嚴(yán)重，河流漂浮著眾多的污染物，不僅僅是表面上的塑料袋，它更是含有難以分解的有機(jī)化合物，這些幾乎都是致癌物。但如今的污水處理技術(shù)很單一，不僅效果不太好，而且容易造成二次污染，這就限制了污水處理技術(shù)的發(fā)展，利用活性炭吸附就是一個(gè)例子。

而光催化技術(shù)與普通的吸附以及其他污水處理相比，有著很大的優(yōu)勢(shì)，它具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，（1）反應(yīng)條件非常溫和，常溫常壓，太陽(yáng)光照射下即可催化污染物較為完全分解。（2）無二次污染，光催化反應(yīng)的產(chǎn)物，一般是h2o﹑co2﹑n2等無污染物質(zhì)，對(duì)環(huán)境友好。（3）反應(yīng)原理簡(jiǎn)單，制備方便，操作也很簡(jiǎn)單，可以大規(guī)模的生產(chǎn)。（4）光催化劑可以重復(fù)利用，不會(huì)出現(xiàn)用一次就失活的情況。正是因?yàn)楣獯呋夹g(shù)具備平常技術(shù)無法企及的優(yōu)點(diǎn)，因此它成為近幾年來科學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)，它也在水污染，環(huán)保等方面體現(xiàn)了非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

二氧化鈰具備獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如在催化劑，紫外光吸收劑，拋光材料，燃料電池等方面得到了廣泛的應(yīng)用。二氧化鈰作為稀土元素鈰的一種氧化物，具有立方螢石型結(jié)構(gòu)和很好的儲(chǔ)氫能力，因此具有較多的氧空位和較低的氧化還原電勢(shì)，正是因?yàn)橛羞@些特點(diǎn)，其具備較強(qiáng)的催化氫化的能力。首先，二氧化鈰具備的螢石型結(jié)構(gòu)，晶胞中的每個(gè)ce⁴⁺按面心立方點(diǎn)陣排列,o^2-占據(jù)所有的四面體位置,每個(gè)ce⁴⁺周圍被個(gè)8個(gè)o^2-包圍，,而每個(gè)o^2-則與最近的4個(gè)ce⁴⁺配位。當(dāng)二氧化鈰顆粒尺寸降到納米級(jí)別時(shí)，它外層與次外層電子會(huì)變得不穩(wěn)定，會(huì)使得鈰的價(jià)態(tài)在三價(jià)與四價(jià)間轉(zhuǎn)化，并且其表面及體相的晶格氧原子能夠直接參與反應(yīng)并被消耗,所以同時(shí)會(huì)形成氧空位，而二氧化鈰納米棒中氧空位的產(chǎn)生與消除直接伴隨著氧的放出和存儲(chǔ)過程，使其具備獨(dú)特的氧化還原性能,同時(shí)ceo2也有著良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫快速氧空位擴(kuò)散能力，因此它可以很好地將有機(jī)污染物快速地降解為h2o﹑co2﹑n2等無污染物質(zhì)。相比于其他氧化物,ceo2表面氧空位的形成能較低。例如,ceo2表面的氧空位形成能(2.0ev左右)要遠(yuǎn)低于tio²表面的氧空位形成能(4.8ev),形成能越低，氧空位形成越容易，催化降解的效果越好，由此可見，二氧化鈰作為光催化劑具有較大的優(yōu)勢(shì)。

目前對(duì)于二氧化鈰納米棒的制備已經(jīng)有了一些方法，但是很多制備方法存在制備麻煩，原料浪費(fèi)的問題。例如專利（cn104445339a）寫到的方法中，采用乙酸鈰與氨水混合，用微波加熱，高溫灼燒后得到成品，這種方法對(duì)環(huán)境的要求高，并且原料會(huì)存在浪費(fèi)的問題。再如專利（cn104891550a）中提到，通過利用混合沉淀劑制備二氧化鈰，該方法步驟很多，各類反應(yīng)物所需量要很精確，這就存在制備麻煩，并且歷經(jīng)如此多的步驟，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率的降低。再如專利（cn105502468a）中說到，通過將硝酸鈰與四乙基氫氧化銨經(jīng)過一系列步驟制得二氧化鈰納米棒，這種方法制得的納米棒過大，氧空位的比表面積小，會(huì)使催化性能減弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提供一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，通過控制變量制備了三種形貌的納米棒單體，并且從中選擇出了光催化性能最好的納米棒單體。利用七水三氯化鈰，氫氧化鈉，去離子水為原料，通過水熱法反應(yīng)制得二氧化鈰納米棒光催化劑單體。本發(fā)明通過制備三種不同形貌的二氧化鈰納米棒單體，研究其光催化性能，填補(bǔ)了研究二氧化鈰納米棒單體光催化性能的空白。

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備a型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，2.4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得a型二氧化鈰納米棒單體，a型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為3mceo2。

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備b型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得b型二氧化鈰納米棒單體，b型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為5mceo2。

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備c型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，6.4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得c型二氧化鈰納米棒單體，c型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為8mceo2。

本發(fā)明的原理是利用了二氧化鈰獨(dú)特的立方螢石型結(jié)構(gòu)，以及很好的儲(chǔ)氫能力。立方螢石結(jié)構(gòu)中，鈰離子與氧離子與1:8的比例進(jìn)行匹配，當(dāng)我們把二氧化鈰的尺寸降至納米級(jí)別時(shí)，鈰離子的價(jià)態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶格氧原子參與反應(yīng)，因此形成了氧空位，這伴隨著氧的放出和儲(chǔ)存，讓二氧化鈰納米棒具備了很強(qiáng)的催化氧化性能。此外，二氧化鈰納米棒的氧空位形成能比其他常見的催化劑要低，故催化性能也比較好，利用變量制備三種形貌的二氧化鈰納米棒單體，通過測(cè)試其光催化性能，得到擁有最好催化性能的催化劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

1、本發(fā)明通過控制一種變量制備了三種不同形貌的二氧化鈰納米棒單體，并且通過催化實(shí)驗(yàn)從里面選擇出了光催化性能最好的一種納米棒單體，填補(bǔ)了二氧化鈰納米棒單體方面研究的空白。

2、本發(fā)明的產(chǎn)物二氧化鈰納米棒單體純度高,分散性好,且制備過程中污染小,能量消耗也少。成本低，可量產(chǎn)。

3、二氧化鈰納米棒單體對(duì)人體及其他生物無毒，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

4、使用方法非常簡(jiǎn)單，只需要將催化劑放入污水，在太陽(yáng)光照射下就能成功分解有機(jī)污染物。

5、二氧化鈰納米棒單體具有良好的活性，不會(huì)存在使用一次就失活的現(xiàn)象，它可以重復(fù)利用。

附圖說明

圖1：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體拉曼圖。

圖2：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體光催化性能圖。

圖3：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體氮吸收曲線。

圖4：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體光電流密度。

圖5：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體粒徑分布圖。

圖6：本發(fā)明二氧化鈰納米棒單體掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備a型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，2.4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得a型二氧化鈰納米棒單體，a型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為3mceo2。

實(shí)施例2

制備b型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得b型二氧化鈰納米棒單體，b型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為5mceo2。

實(shí)施例3

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備c型二氧化鈰納米棒單體

1.5gcecl3?7h2o加入5ml去離子水中溶解，制成a液，6.4gnaoh加入15ml去離子水中溶解，制成b液，把a(bǔ)液和b液混合，攪拌10min之后，將混合溶液加入到反應(yīng)釜中，130℃下反應(yīng)18h，得到的產(chǎn)物用去離子水洗滌，然后在室溫下反應(yīng)干燥20h，繼續(xù)在300℃下焙燒4h，即得c型二氧化鈰納米棒單體，c型二氧化鈰納米棒單體簡(jiǎn)稱為8mceo2。

通過說明書附圖可知，三種不同二氧化鈰納米棒吸光能力不盡相同，5mceo2納米棒吸光范圍最強(qiáng)，達(dá)到436nm(通過切線法做切線得到此結(jié)果，一般測(cè)算吸光范圍都是利用切線法得出）.在光催化試驗(yàn)中，其中5mceo2納米棒光催化性能優(yōu)異，在兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，可以降解70%的有機(jī)污染物。粒徑分布圖可知，其中5mceo2納米棒的粒徑最小，總體在15nm范圍，較低的粒徑提高了催化劑比表面積，使得其反應(yīng)位點(diǎn)增加。