二氧化铈纳米材料的合成及性能研究

《二氧化铈纳米材料的合成及性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化铈纳米材料的合成及性能研究（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、二氧化铈纳米材料的合成及性能研究内 容 摘 要国内外早已开始了对纳米氧化铈颗粒制备技术与性能的研究。氧化铈具有立方萤石结构。它有热稳定性高,氧气储存能力强和可以在Ce3+和Ce4+氧化状态之间简单的转换的特性，因此它吸引了研究者广泛的兴趣。它已广泛应用于催化剂、紫外吸收材料,氧敏感材料、固体氧化物电池材料和抛光材料等领域。氧化铈在合成氧化CO的催化剂上展现的性能尤为突出。液相制备方法是纳米氧化铈众多制备方法的一种，它因为制作工艺相对简单的优点在所有制备方法中脱颖而出。液相制备法很适合大规模生产,它在研究方向上的前途也可预测。本文将对上文做详细描述。AbstractPreparation tec

2、hnology and research progress of CeO nanoparticles researched both at home and abroad.Cerium oxide has cubic fluorite structure. It has attracted extensive interest due to its high thermal stability,oxygen storage capacities, and easy conversion between Ce3+ and Ce4+ oxidation states。It has been wid

3、ely used in catalyst，ultraviolet absorption material，the oxygen sensitive material，solid oxide cell material and polishing material and so onEspecially, CeO have been successfully synthesized and used for CO catalytic oxidation.Kinds of preparation methods of liquid phase and their differences are e

4、specially emphasized according to the advantages of liquid phase method, which can be easily enlarged in industry, and futrue directions of research are also predicted. CeO2 have been successfully synthesized and used for CO catalytic oxidation.We will give more details about what describes below.Ke

5、y: CeO liquid phase method CO catalytic oxidation一、实验背景CeO 属于立方晶系萤石（CaF）结构，晶胞中的Ce3+按面心立方点阵排列，O2-占据所有的四面体位置，每个Ce4+被8个O2-包围，而每个O2-则与4个Ce4+配位，这样的结构中有许多八面体空隙，允许离子快速扩散。Ce有Ce4+和Ce3+两种氧化态，容易发生氧化还原循环，有较强的储氧功能。1由于具有较大的比表面积, CeO 纳米颗粒具有很大的应用潜力, 近年来人们对于这种形貌的纳米CeO研究得最多, 方法也各具特色。其制备方法主要有水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反胶束法、声化学法以

6、及微乳液法等。2 化学沉淀法沉淀法是高纯度纳米金属氧化物材料合成的最普通的化学反应方法。沉淀法就是用各种溶解在水中的沉淀剂与金属盐反应生成不溶性氢氧化物、碳酸盐、乙酸盐和硫酸盐等，后将沉淀物过滤、干燥、煅烧，从而得到目标纳米粒子。沉淀法主要分为: 直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法等。化学沉淀法具有反应过程易控制，工艺以及设备简单，成核速度快，产品成本低廉，在工业生产中拥有广阔的应用前景，但沉淀法在制备颗粒过程中容易出现团聚的现象，而且过滤和洗涤的过程也比较困难，同时也容易造成产品流失。3一、 实验（一） 试剂与分析仪器试剂：Ce(NO3)3， （A.R）40%的醇水混合溶液 （A.R）HMT（

7、六亚甲基四胺）（A.R）合成仪器：分析天平、恒温加热磁力搅拌器、高频超声波分散器 、干燥箱 、高速台式离心机。分析设备：为X射线衍射仪（XRD）、场发射电镜（FE-SEM）和透射电镜（TEM）。(二)实验方法1.纳米CeO的制备：在两个洗净的烧杯中，向一个烧杯中加入一定量的Ce(NO3)3，溶解于35ml蒸馏水与乙醇1:1的混合体系中,向另外一个烧杯中加入一定量的HMT和35ml蒸馏水与乙醇1:1的混合溶液，同时加热到一定温度后进行混合，在相应温度下反应一定时间后将所得产物进行回收，经数次超声分散清洗、离心后干燥即得试样。2.试样表征采用XRD、SEM和TEM分析对试样物相结构、表面形貌和颗粒

8、大小及分布情况表征。二结果与分析反应时间及陈化对产物的影响图一为60下不同反应时间为1h,2h,24h以及有无陈化24h的XRD图，其主要组成为CeO2但还含一些尚不明确相，且衍射峰的强度差异不大，由此可知室温下混合时间的长短不会对产物有较大的影响。从图中可以看出有了着陈化作用使结晶性提高，随着反应时间延长结晶性提高。图一：不同陈化时间下的产物XRD图A 60反应1h，陈化24h B 60反应2hC 60反应2h，陈化24h D 60陈化24h反应温度及时间对产物的影响图二为60与74在反应时间不同的XRD图，从图中可以看出随着反应温度上升（60到74）结晶性上升；从74反应2h的结晶性好于6

9、0反应24h可以看出反应温度的影响大于反应时间的影响图二：不同反应温度及时间对产物的影响A. 74反应1h B.60反应2h C. 74反应2h D 60反应24h反应产物颗粒分析利用Scherrer公式 计算得到的晶粒尺寸样品晶粒尺寸（1 1 1）60 1h 陈化24h2.8 nm5.525860 2h4.1 nm5.392760 2h 陈化24h4.9 nm5.429260 24h6.5 nm5.441574 1h6.4 nm5.449574 2h7.0 nm5.4296图三与图四分别60 1h SEM照片和60 2h SEM照片，产物颗粒有较明显团聚现象且大小不均匀，结合XRD结果可知产

10、物是为混合物的缘故。推断带氨基有机物HMT需要在一定的温度下才能有效的水解，产生氢氧根离子，利于转化成CeO2。但是从图中可观察出随着反应时间的增长，颗粒聚团现象加剧。图三： 60 1h SEM照片图四：60 2h SEM照片三结论使用上述试验方法，不需要经过高温热处理，不需要任何昂贵的前驱体，就可以合成晶粒尺寸在10nm以下的二氧化铈纳米颗粒。随着反应温度的上升、反应时间的延长以及陈化处理都会使产物结晶性上升，晶粒尺寸变大在温度反应时间陈化处理这三个因素中，反应温度对产物晶粒尺寸影响最大，反应时间次之，陈化处理最弱。因而可以通过陈化处理来制备结晶性好，晶粒尺寸小的产物。四后期研究计划直接甲醇

11、燃料电池燃料电池作为一种新型能源，具有以下优点：（1）能量转化效率高。燃料电池直接将燃料中化学能转换为电能，避免了化学能到热能，再到机械能，然后到电能过程中的能量损失，具有高达 45一60的能量转换效率，如果通过热电共生同时利用高温洁净热能，能量转换效率町以达到80。（2）环境友好。当氢为燃料时，燃料电池的副 产物是水。这意味着燃料电池是“零排放”。是燃料电池应用于汽车的最大优点，也是减少汽车尾。4Background：The hexagon single-crystal Co(OH)2 nanoplates, which obtained by hydrothermal synthesis

12、method, can be transformed to the porous single-crystal Co3O4 nanoplates after the heat treatment above 300 in air. Electrochemical tests show that the lithium storage performances of porous Co3O4 nanoplates are influenced more closely to its structural aspects than its morphology and size factors,

13、which can be controlled by changing the heat treatment temperature. When the heat treatment temperature is increased to 500 , the robust single-crystal Co3O4 nanoplates with relatively large mesoporous size and low specific surface area can be obtained via the long-range atom diffusion at high tempe

14、rature, which exhibit low initial irreversible capacity, superior cycling performance and excellent rate capability. 【】选择复合氧化钴，通过尝试不同比例，找到复合氧化钴的最佳值。实验方案：在两个洗净的烧杯中，向一个烧杯中加入一定量的Ce(NO3)3，和Co(NO3)26H2O溶解于35ml蒸馏水与乙醇1:1的混合体系中,向另外一个烧杯中加入一定量的HMT和35ml蒸馏水与乙醇1:1的混合溶液，同时加热到一定温度后进行混合，在相应温度下反应一定时间后将所得产物进行回收，经数次超声

15、分散清洗、离心后干燥即得试样。图五:不同Ce：Co比值时产物的XRDA.Ce：Co=1：1 ; B.Ce：Co=1：2 ; C.Ce：Co=2：1 图五采用XRD对试样物扫描中出现两个杂峰且没有看出有其他物质，主峰都是二氧化铈，这说明两者混合产物中钴的产物含量很低。参考文献1张丽,查五生,刘锦云,杨平平等，纳米CeO 的制备方法研究现状。广州化工，2007。2周艳慧,杨晓峰,董相廷,王进贤,刘桂霞，不同形貌纳米CeO2 的制备最新研究进展，中国稀土学报，2008.3刘军，宋晓岚，二氧化铈浆料抛光机理的研究进展，稀土 Chinese Rare Earths，2012.4孙志佳，刘连利，吕红，纳米

16、CeO化学制备方法的研究进展，渤海大学学报( 自然科学版)，2013。5Zachary Moorhead-Rosenberg, Katharine L. Harrison, Travis Turner, and Arumugam Manthiram，A Rapid Microwave-Assisted Solvothermal Approach to Lower- Valent Transition Metal Oxides.6R. B. Rakhi, Wei Chen, M. N. Hedhili, Dongkyu Cha, and H. N. Alshareef,Enhanced Rate

17、 Performance of Mesoporous Co3O4 Nanosheet Supercapacitor Electrodes by Hydrous RuO2 Nanoparticle Decoration .7谢丽英,柳召刚，纳米氧化铈粉体的制备技术研究进展，稀土 Chinese Rare Earths，2007.8龙志奇, 朱兆武, 崔大立, 张顺利, 张国成，碳酸氢铵沉淀法制备超细 CeO2 粉体工艺条件研究，稀土 Chinese Rare Earths，20089齐恩磊，牛锛，张世磊，氧化铈纳米带的制备及表征，山东陶瓷 ，2012.10侯侠，任立鹏，燃料电池的发展趋势，云南化

18、工，2011。11蒋淇忠，董新法，林维明，选择性催化氧化除去甲醇燃料电池天然气化工，201112Congcong Liang, Danfei Cheng, Shujiang Ding, Pengfei Zhao, Mingshu Zhao, Xiaoping Song, Fei Wang* The structure dependent electrochemical performance of porous Co3O4 nanoplates as anode materials for lithium-ion batteries Journal of Power Sources 251 (2014) 351e35613 罗远来, 梁振兴, 廖世军等，直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展，催化学报，2010.