一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1，提供铈的硝酸盐的醇溶液和碳纳米管，其中，该碳纳米管为拥有sp

【技术实现步骤摘要】
一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法
本专利技术涉及纳米材料的制备，更具体地涉及一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法。
技术介绍
由于氧化铈中的Ce元素可以迅速方便地在Ce4+和Ce3+之间相互转化，使得氧化铈具有非常优秀的催化活性(NPGAsiaMaterials6，e90，2014)，进而被广泛地应用在固体氧化物燃料电池(Renew.Sust.Energ.Rev.6，433，2002)，太阳能电池(Nat.Mater.3，394-397，2004)等工程领域。又因为氧化铈出色的抛光性能，也应用在精确抛光材料领域(EnergyEnviron.Sci.5，8475–8505，2012)。氧化铈在催化领域应用尤其广泛，比如应用在有机反应的催化生产上(Catal.Rev.38，439，1996)。作为催化剂，氧化铈颗粒的尺寸越小，效果越好。但同时在催化过程中，颗粒尺寸会逐渐长大，影响催化效果，所以需要稳定催化剂尺寸(Science，329，1633-1636，2012)。因此，如何控制氧化铈颗粒的尺寸是催化领域面临的一个关键问题。碳纳米管内部空间在纳米尺度，是制备尺寸可控制的纳米氧化铈颗粒等金属氧化物颗粒的一种典型的纳米模板(Nature，375，564-567，1995)。但是目前利用碳纳米管制备纳米金属氧化物颗粒的工艺主要是在浓硝酸等强氧化物的水溶液中往碳纳米管内部填充某种金属的化合物，然后高温退火处理得到包括氧化铈在内的纳米金属氧化物颗粒(JournalofMaterialsChemistry，7，545-549，1997)。显然，强酸的使用让纳米氧化铈的生产成本高，并且污染环境。高温退火处理需要消耗大量的能源，也进一步加大了生产成本。这些都大大制约了纳米氧化铈颗粒的工业化生产(NatureCommunications，8，1445，2017)。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的纳米氧化铈颗粒的制备成本高及污染严重等问题，本专利技术旨在提供一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法。本专利技术所述的尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1，提供铈的硝酸盐的醇溶液和碳纳米管，其中，该碳纳米管为拥有sp2结构的碳材料；S2，将碳纳米管浸泡在铈的硝酸盐的醇溶液中，以使得铈的硝酸盐进入碳纳米管内部；以及S3，过滤后干燥，使得铈的硝酸盐在碳纳米管中分解形成尺寸可控的纳米氧化铈颗粒。在本专利技术中，铈的硝酸盐溶解于醇中，碳纳米管在醇中保持开口，不需要用浓硝酸等强氧化物对碳纳米管进行开口处理，突破了现有技术中的必须对碳纳米管进行开口处理的技术偏见。由于拥有sp2结构的碳纳米管本身构成一种优良的催化剂，因此在常温常压下，本专利技术不需要任何能量就可以使得铈的硝酸盐在碳纳米管中分解形成尺寸可控的纳米氧化铈颗粒，借此实现0耗能地制备尺寸可控的纳米氧化铈颗粒，从而突破了现有技术中的必须进行热处理来实现分解的技术偏见。另外，现有技术中的铈的硝酸盐的离子进入碳纳米管内部一般都是通过超声波来辅助，但是，实际上，本专利技术的制备方法的步骤S2可以不涉及超声波等消耗能量的设备来辅助就可以完成。在所述步骤S1中，铈的硝酸盐的醇溶液为铈的硝酸盐的乙醇溶液。优选地，该铈的硝酸盐的醇溶液为硝酸铈铵及其水合物、硝酸亚铈及其水合物、硝酸铈及其水合物的醇溶液。更优选地，该铈的硝酸盐的醇溶液为硝酸铈铵及其水合物、硝酸亚铈及其水合物、硝酸铈及其水合物的乙醇溶液。在一个优选的实施例中，该铈的硝酸盐的醇溶液为Ce(NO3)3乙醇溶液。在另一个优选的实施例中，该铈的硝酸盐的醇溶液为硝酸铈铵乙醇溶液。在所述步骤S1中，铈的硝酸盐的醇溶液的浓度不低于0.0005mol/L。优选地，铈的硝酸盐的醇溶液的浓度为0.0005-0.11mol/L。实验表明，即使铈的硝酸盐的醇溶液的浓度很稀，低至0.0005mol/L，铈离子和硝酸根离子依然可以在碳纳米管中聚集。应该理解，铈的硝酸盐的醇溶液的浓度高于0.11mol/L同样可以适用于本专利技术中。在所述步骤S1中，碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。例如，该碳纳米管为未经任何官能团开口处理的碳纳米管或经过开口处理的碳纳米管。例如，该碳纳米管为羧基化碳纳米管、羰基化碳纳米管、羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管。例如，该碳纳米管为一端开口或两端开口的碳纳米管。在一个实施例中，该碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管。应该理解，任何具有“富集作用”的碳纳米管都可以适用于本专利技术中以实现0耗能。该碳纳米管的内径在1nm-15nm之间。例如，该内径在2.3nm-6.5nm之间。应该理解，不在上述内径范围内的碳纳米管同样适用于本专利技术中。在所述步骤S2中，浸泡时间为15min-20h。例如，该时间为35min-45min。在所述步骤S2中，通过超声波辅助来促进铈的硝酸盐的离子进入碳纳米管内部。应该理解，超声波不是必要条件。在所述步骤S3中，通过滤纸或铝网进行过滤。更优选地，通过定性滤纸进行过滤。在所述步骤S3中，在室温下空气中自然干燥。优选地，通过加热进行干燥，以缩短干燥时间。优选地，干燥时间为20min-20h。应该理解，适当提高干燥温度可以缩短干燥时间。根据本专利技术的制备方法，可以在常温下实现纳米氧化铈颗粒在碳纳米管内部的制备，由此得到的纳米氧化铈颗粒的尺寸主要由碳纳米管的内径大小来控制，即通过选用合适内径的碳纳米管来精确控制纳米氧化铈颗粒尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的最大尺寸。总之，根据本专利技术的制备方法解决了现有技术中的普遍使用浓硝酸等强氧化剂来实现碳纳米管开口，用高温退火来还原金属化合物所带来的高污染高耗能的问题，不仅大大降低了工艺难度，而且降低了能耗甚至实现了0能耗。附图说明图1是根据本专利技术的第一优选实施例的样品的TEM照片；图2是根据本专利技术的第一优选实施例的样品的高角度环形暗场照片；图3是图1的圆圈内的能谱图；图4是根据本专利技术的第一优选实施例的样品的傅里叶变换红外光谱图；图5是根据本专利技术的第一优选实施例的样品的X射线衍射图；图6是根据本专利技术的第二优选实施例的样品的TEM照片；图7是根据本专利技术的第三优选实施例的样品的TEM照片；图8是根据本专利技术的第四优选实施例的样品的TEM照片；图9是图8的圆圈内的能谱图；图10是图8的纳米颗粒填充物的高分辨照片；图11是根据本专利技术的第五优选实施例的样品的TEM照片；图12是根据本专利技术的第五优选实施例的样品中纳米颗粒的能谱分析结果。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。实施例1用0.034mol/L的Ce(NO3)3乙醇溶液浸泡后的羧基化多壁碳纳米管，在室温下空气环境中干燥后，用TEM观测其内部纳米氧化铈的填充情况，用傅里叶红外变化对纳米氧化铈的主要成分进行确定，用XRD测试纳米氧化铈的晶格结构。处理阶段：将由北京德科岛金公司购买的羧基化多壁碳纳米管直接浸泡在0.034mol/L的Ce(NO3)3乙醇溶液中16h，然后用定性滤纸过滤出来，在室温下空气中自然干燥，得到本实施例样品。场发射透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscope,TEM)测试阶段：用TEM观测羧基化多壁碳纳米管中的纳米氧化铈的基本形态，用TEM面扫描(mapping)分析羧基化多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，提供铈的硝酸盐的醇溶液和碳纳米管，其中，该碳纳米管为拥有sp2结构的碳材料；S2，将碳纳米管浸泡在铈的硝酸盐的醇溶液中，以使得铈的硝酸盐进入碳纳米管内部；以及S3，过滤后干燥，使得铈的硝酸盐在碳纳米管中分解形成尺寸可控的纳米氧化铈颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种尺寸可控的纳米氧化铈颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，提供铈的硝酸盐的醇溶液和碳纳米管，其中，该碳纳米管为拥有sp2结构的碳材料；S2，将碳纳米管浸泡在铈的硝酸盐的醇溶液中，以使得铈的硝酸盐进入碳纳米管内部；以及S3，过滤后干燥，使得铈的硝酸盐在碳纳米管中分解形成尺寸可控的纳米氧化铈颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铈的硝酸盐的醇溶液为铈的硝酸盐的乙醇溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铈的硝酸盐的醇溶液为硝酸铈铵及其水合物、硝酸亚铈及其水合物、硝酸铈及其水合物的醇溶液。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铈的硝酸盐的醇溶液的浓度不低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫隆，王学良，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31