一种CeO2介观晶体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种CeO2介观晶体及其制备方法与应用，属于金属氧化物功能材料制备领域。本发明专利技术将硝酸铈铵、硝酸铵、可溶性硫酸盐按比例溶解于水中形成混合溶液，经150~200℃水热反应5～72 h制得所述CeO2介观晶体。本发明专利技术制备方法简便易行，成本低，无需添加有机添加剂，绿色环保。所制得的CeO2介观晶体具有良好的单分散性，呈球状，内部多孔，是一种优良的水煤气变换催化剂载体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属氧化物功能材料制备领域，具体涉及一种CeO2介观晶体及其制备方法与应用。
技术介绍
二氧化铈（CeO2）是一种廉价的轻稀土氧化物，其具有优良的储氧能力（OSC）、Ce3+与Ce4+之间的快速变换能力，以及比较多的氧空位（OxygenVacancy）等优点，广泛作为载体或者助剂用于制备催化剂，如汽车尾气净化催化剂。介观晶体（简称介晶）是一种不同于传统多晶和单晶的新型晶体，一般是由纳米晶按照一定的取向自组装形成具有超结构的晶体，其内部通常存在大量堆积孔并可以显示类单晶的电子衍射行为。介观晶体作为一种新的晶体形式，有望取代单晶和多晶在催化、能量储存和转换以及传感器等领域得到广泛应用。目前，已报到的介观晶体的制备方法多需要引入有机添加剂，不但成本昂贵，还会污染环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CeO2介观晶体及其制备方法与应用，其制备方法简便易行，绿色环保，无需引入有机添加剂，产品单分散性好，内部孔道丰富，是一种良好的催化剂材料，可用作水煤气变换催化剂载体。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种CeO2介观晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硝酸铈铵、硝酸铵、可溶性硫酸盐溶解于去离子水中制得混合溶液；（2）将步骤（1）的混合溶液转入高温反应釜中，控制反应温度为150~200℃，反应时间为5～72h；所得反应产物经离心洗涤、干燥后得到所述CeO2介观晶体。步骤（1）混合溶液中硝酸铈铵的浓度为0.2mol/L；硝酸铈铵与硝酸铵、可溶性硫酸盐的摩尔比为1:0~0.2:3。所述可溶性硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾或硫酸铵。所得CeO2介观晶体为球状，直径为100～600nm，由小晶粒取向聚集而成；可用作载体制备水煤气变换催化剂，其制备方法为：将所述CeO2介观晶体分散于Cu(NO3)2·3H2O水溶液中，然后向其中滴加碱液至溶液pH=9，所得沉淀经离心洗涤、干燥、焙烧后制得水煤气变换催化剂；所用碱液为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。本专利技术制备过程中，硝酸铈铵在水热条件下发生水解反应，通过“均匀饱和析出”机制，析出大量CeO2纳米晶基元，纳米晶基元在硫酸盐的诱导作用下实现晶体学取向聚集，形成多孔性CeO2介观晶体超结构。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术在不添加任何有机添加剂的条件下制备出纳米球状CeO2介观晶体，其制备方法简便易行，绿色环保，适合规模化生产。且所得CeO2介晶产率高，单分散性好，结晶性好，产物颗粒内部孔道丰富。（2）本专利技术所制备的CeO2介观晶体是一种优良的水煤气变换催化剂载体，以其为载体制备的CuO/CeO2催化剂表现出优异的水煤气变换反应催化性能，当CuO含量为10wt%时，CuO/CeO2催化剂在250℃时的CO转化率高达85%。附图说明图1是实施例1制备的CeO2介观晶体的XRD图。图2是实施例1制备的CeO2介观晶体的SEM图。图3是实施例1制备的CeO2介观晶体的HRTEM图。图4是实施例1制备的CeO2介观晶体的选区电子衍射（SAED）图。图5是实施例2制备的CeO2介观晶体的SEM图。图6是实施例3制备的CeO2介观晶体的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1将7.68g硝酸铈铵和5.97g硫酸钠溶于50mL去离子水中，将上述混合液用去离子水标定到70mL后转入容积为100mL的高温反应釜中（即硝酸铈铵摩尔浓度为0.2mol/L，硝酸铈铵与硫酸钠的摩尔比为1:3）。将反应釜放入鼓风干燥箱内，控制反应温度为150℃，反应时间为5h。所得产物经离心洗涤脱除杂质离子后于60℃干燥8h，得到CeO2介观晶体。图1是本实施例制备的CeO2介观晶体的XRD图。由图1可知，本实施例所制备的产品为纯CeO2。图2是本实施例制备的CeO2介观晶体的SEM图。由图2可知，CeO2颗粒呈纳米球状，球体直径约为100～200nm，具有良好的单分散性。图3是本实施例制备的CeO2介观晶体的HRTEM图。由图3可知，球状CeO2颗粒由众多CeO2小晶粒取向聚集而成，即其颗粒内部一次晶粒间的晶格高度匹配，且颗粒内部布满孔道。图4是本实施例制备的CeO2介观晶体的选区电子衍射（SAED）图。由图4可见，单个CeO2颗粒呈现类单晶电子衍射行为，表明所得CeO2为介观晶体。实施例2将7.68g硝酸铈铵、0.11g硝酸铵、7.32g硫酸钾溶于50mL去离子水中，将上述混合液用去离子水标定到70mL后转入容积为100mL的高温反应釜中（即硝酸铈铵摩尔浓度为0.2mol/L，硝酸铈铵、硝酸铵与硫酸钾的摩尔比为1:0.1:3）。将反应釜放入鼓风干燥箱内，控制反应温度为170℃，反应时间为24h。所得产物经离心洗涤脱除杂质离子后于60℃干燥8h，得到CeO2介观晶体。图5是本实施例制备的CeO2介观晶体的SEM图。从图5可见，所制备的CeO2颗粒同样为纳米球状介观晶体，球体直径约为300～600nm。实施例3将7.68g硝酸铈铵、0.22g硝酸铵、5.55g硫酸铵溶于50mL去离子水中，将上述混合液用去离子水标定到70mL后转入容积为100mL的高温反应釜中（即硝酸铈铵摩尔浓度为0.2mol/L，硝酸铈铵、硝酸铵与硫酸铵的摩尔比为1:0.2:3）。将反应釜放入鼓风干燥箱内，控制反应温度为200℃，反应时间为72h。所得产物经离心洗涤脱除杂质离子后于60℃干燥8h，得到CeO2介观晶体。图6是本实施例制备的CeO2介观晶体的SEM图。从图6可见，所制备的CeO2颗粒同样为纳米球状介观晶体，球体直径约为200～600nm。应用实施例1以实施例1制得的CeO2介观晶体为载体负载CuO制备CuO/CeO2介晶催化剂，方法如下：在超声波破碎的辅助下将3g250℃焙烧后的CeO2介观晶体分散于200mL0.021mol/L的Cu(NO3)2·3H2O水溶液中，然后向上述溶液中滴加0.5mol/L的KOH水溶液至终点pH=9。所得产物经洗涤脱除杂质离子后于120℃干燥8h，再于400℃焙烧4h制得CuO/CeO2介晶催化剂。应用实施例2以实施例2制得的CeO2介观晶体为载体负载CuO制备CuO/CeO2介晶催化剂，其制备方法和条件与应用实施例1相同。应用实施例3以实施例3制得的CeO2介观晶体为载体负载CuO制备CuO/CeO2介晶催化剂，其制备方法和条件与应用实施例1相同。活性评价以水煤气变换反应为探针反应测试所得催化剂的催化活性，活性评价在常压固定床反应器上进行，评价条件：原料气为模拟甲烷重整气，其体积百分含量组成为15%CO，55%H2，7%CO2，23%N2。以CO转化率表示催化活性，对应用实施例1-3所得催化剂的活性进行评价，其结果如表1。表1应用实施例1-3所得催化剂的活性评价结果由表1可见，本专利技术以CeO2介观晶体为载体制备的CuO/CeO2介晶催化剂对水煤气变换反应具有较高催化活性。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CeO2介观晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硝酸铈铵、硝酸铵、可溶性硫酸盐溶解于去离子水中制得混合溶液；（2）将步骤（1）的混合溶液转入高温反应釜中，控制反应温度为150~200℃，反应时间为5～72 h；所得反应产物经离心洗涤、干燥后得到所述CeO2介观晶体。

【技术特征摘要】
1.一种CeO2介观晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硝酸铈铵、硝酸铵、可溶性硫酸盐溶解于去离子水中制得混合溶液；（2）将步骤（1）的混合溶液转入高温反应釜中，控制反应温度为150~200℃，反应时间为5～72h；所得反应产物经离心洗涤、干燥后得到所述CeO2介观晶体。2.根据权利要求1所述的CeO2介观晶体的制备方法，其特征在于，步骤（1）混合溶液中硝酸铈铵的浓度为0.2mol/L；硝酸铈铵与硝酸铵、可溶性硫酸盐的摩尔比为1:0~0.2:3。3.根据权利要求1所述的CeO2介观晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕杰，王晶晶，李红豆，林棋，娄本勇，郑国才，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：福建;35