含稀土氧化物多功能核壳材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含稀土氧化物多功能核壳材料的制备方法，是以铈源、聚乙烯吡咯烷酮、一缩二乙二醇、去离子水、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、酚类化合物、醛类化合物等为原料，合成外部包覆酚醛树脂有机层的球状二氧化铈，使用处理剂对其进行处理后，以正硅酸乙酯为硅源在外层包覆SiO

Multifunctional nuclear shell material containing rare earth oxide and preparation method thereof

The invention discloses a functional core-shell materials containing rare earth oxides preparation method with cerium source, polyvinylpyrrolidone, diethylene glycol, deionized water, ethanol, sixteen alkyl three methyl bromide, ammonia, phenols, aldehydes and other compounds as raw materials, two spherical cerium oxide the synthesis of phenolic resin is coated on the outside of the organic layer, using the processing agent for the treatment, using TEOS as silica source in outer coating SiO

【技术实现步骤摘要】
含稀土氧化物多功能核壳材料及其制备方法
本专利技术属多功能材料制备及应用的
，具体为一种含稀土氧化物多功能核壳材料及制备方法。
技术介绍
近年来，纳米材料研发的热点问题集中在通过对形貌的调控从而达到预期效果，其中核壳型结构因可调变的物化性能和高效作用机制已引起研究人员的广泛关注。核与壳材料的优势互补及协同作用赋予了核壳结构优越的性能，使其在纳米反应器、药物传输、基因传递、锂离子电池、生物传感器等领域存在巨大的潜在应用。稀土元素因其独特的电子构型，使其化合物在电、光、磁、力学等方面具有特殊的性能，可以衍生出许多不同功能的新材料。其中，纳米CeO2作为一种高附加值的稀土深加工产品，具有许多新性质、新用途，已广泛应用于陶瓷、发光材料、催化剂、燃料电池和抛光等领域。ConcettaRuocco等将纳米CeO2负载于SiO2制备成的CeO2/SiO2复合载体，表现出良好的催化性能。然而，纳米CeO2的流失以及作用不充分，使得催化剂的利用和寿命受到一定的限制。将CeO2包裹于SiO2壳层内，制备具有空心夹层的核壳结构，既弥补了CeO2/SiO2复合载体的不足，提高了不同组分的功能化应用，同时又增强了组分间的协同机制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含稀土氧化物多功能核壳材料及其制备方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种含稀土氧化物多功能核壳材料，由内核球二氧化铈及SiO2壳结构组成，其中内核二氧化铈占核壳材料的35~40wt%，外层SiO2壳结构占核壳材料的60~65wt%。核壳材料的性质如下：粒径350~550nm，外层SiO2壳结构厚度80~120nm，产物纯度达到99.9%。上述核壳材料以铈源、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水、一缩二乙二醇等为原料，先制备球状二氧化铈，再以球状二氧化铈、去离子水、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、酚类化合物、醛类化合物等为原料，在球状二氧化铈外部包覆酚醛树脂有机层，使用处理剂对包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈进行处理后，以正硅酸乙酯为硅源在外层包覆SiO2，高温去除有机层，以提供一种具备空心夹层结构的核壳材料。核壳材料的制备方法具体包括以下步骤：（1）、按照去离子水:一缩二乙二醇:铈源:聚乙烯吡咯烷酮=2.7~6.7:2.9~3.7:0.027~0.041:0.0008~0.0013摩尔配比，将铈源和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水和一缩二乙二醇的混合液中，强力搅拌3h，装入反应釜中，于150~200℃下反应15~20h，产物经去离子水洗涤、过滤、烘干，得到球状二氧化铈。（2）、按照球状二氧化铈:去离子水:无水乙醇:十六烷基三甲基溴化铵:F127（普朗尼克F-127）:氨水:酚类化合物:醛类化合物=0.007~0.012:13~18:1.3~1.8:0.002~0.005:0.01~0.035:0.02~0.04:0.02~0.05:0.07~0.13的摩尔配比，将球状二氧化铈、十六烷基三甲基溴化铵和F127加入去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散30min，室温搅拌6h，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，在35~40℃强力搅拌15~30min，向溶液中加入酚类化合物，高速搅拌5~10min，再向溶液中缓慢滴加醛类化合物，密封，32~36℃下搅拌18~24h，装入反应釜中，于130~150℃下反应18~24h，产物经去离子水和乙醇洗涤、过滤、烘干，得到外层包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈。（3）、将包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中充分作用，固液分离、干燥，得到预处理的包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈。（4）、按照预处理的包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈:去离子水:无水乙醇:十六烷基三甲基溴化铵:氨水:正硅酸乙酯=0.05~0.1:22~25:11~13:0.07~0.12:0.15~0.35:0.1~0.18的质量比，将预处理的包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散30min，室温搅拌1~3h，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，室温强力搅拌15~30min，再向溶液中逐滴加入正硅酸乙酯，密封，室温下搅拌4~6h，固液分离、去离子水洗涤，干燥，形成固体粉末，在450~650℃下焙烧去除夹层酚醛树脂层，得到具有空心夹层的核壳材料。上述制备方法中，所述铈源为硝酸铈或氯化铈；所述酚类化合物为对苯二酚、苯酚或者间苯二酚；所述醛类化合物为甲醛、乙醛或者苯甲醛。本专利技术采用酚醛树脂聚合作用在二氧化铈纳米球外表面进行包覆，形成核壳结构球状二氧化硅，通过静电吸附晶种，合成出具有空心夹层的核壳材料。制备方法以铈源、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水、一缩二乙二醇、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、F127、氨水、醛类化合物、酚类化合物、正硅酸乙酯等为原料，聚二烯丙基二甲基氯化铵为处理剂，先合成球状二氧化铈，在外部包覆酚醛树脂层，使用处理剂对包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈进行处理后，再进行包覆SiO2层，通过焙烧去除夹层酚醛树脂层，得到具有空心夹层结构的核壳材料。本专利技术具有如下优点：1、该制备方法的优势在于可以通过改变有机层厚度、正硅酸乙酯的量，从而实现对核壳材料的微球粒径、外层厚度的可变调控。2、该制备方法工艺简单，制备的核壳材料直径350~550nm，晶粒外部纳米晶粒包裹紧密，产物包裹度达97％，产物纯度达99.9％。3、该制备方法制备的核壳材料可与多种化学物质匹配作为催化剂使用，是十分理想的空心夹层核壳材料。附图说明图1为本专利技术实施例1所合成的核壳材料的XRD谱图。图2为本专利技术实施例1所合成的核壳材料的TEM图。图3为本专利技术实施例5所合成的核壳材料的TEM图。图4为本专利技术实施例6所合成的核壳材料的氮气吸附-脱附谱图。图5为本专利技术实施例6所合成的核壳材料由BJH算法得到的孔径分布曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。核壳材料由内核球状二氧化铈，以及隔离一定中空结构包裹在所述内核材料外层的SiO2壳结构组成，其中内核二氧化铈占核壳材料的35~40wt%，外层SiO2壳结构占核壳材料的60~65wt%。实施例1取去离子水80mL，一缩二乙二醇300mL，硝酸铈15g，聚乙烯吡咯烷酮10g，一起加入聚四氟乙烯容器中，室温搅拌3h，形成透明溶液；将装有混合透明溶液的聚四氟乙烯容器放入不锈钢反应釜中，密闭，置于恒温箱中，加热至150℃静态晶化20h；取出反应釜，置于淬冷槽内10℃的去离子水中快速冷却至20℃，洗涤2次，过滤，置于真空干燥箱中，80℃干燥12h，得到浅黄色球状二氧化铈固体粉末3g。称取浅黄色球状二氧化铈固体粉末2g，十六烷基三甲基溴化铵1.5g，F1273.5g，无水乙醇100mL，去离子水320mL，一起加入至烧杯中，置于超声波分散仪内进行溶解分散，频率59KHz，分散时间30min，室温搅拌6h；量取氨水1.5mL，加入混合溶液中，35℃恒温搅拌30min；称取间苯二酚4g，加入混合溶液中，35℃下强力搅拌30min；量取甲醛4.5mL，缓慢滴加至混合溶液中，密封，35℃恒温搅拌20h，装入反应釜中，于150℃下反应20h，产物经去离子水和乙醇洗涤、过滤、烘干，得到外层包裹酚醛树脂层的球状二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含稀土氧化物多功能核壳材料，其特征在于：由内核球二氧化铈及SiO

【技术特征摘要】
1.一种含稀土氧化物多功能核壳材料，其特征在于：由内核球二氧化铈及SiO2壳结构组成，其中内核二氧化铈占核壳材料的35~40wt%，外层SiO2壳结构占核壳材料的60~65wt%。2.根据权利要求1所说的含稀土氧化物多功能核壳材料，其特征在于：核壳材料的晶粒直径为350~550nm。3.根据权利要求2所说的含稀土氧化物多功能核壳材料，其特征在于：外层SiO2壳结构厚度80~120nm。4.一种含稀土氧化物多功能核壳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、将铈源和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水和一缩二乙二醇的混合液中，强力搅拌后，装入反应釜中，于150~200℃下反应15~20h，产物经去离子水洗涤、过滤、烘干，得到球状二氧化铈；（2）、将球状二氧化铈、十六烷基三甲基溴化铵和F127加入去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散并室温搅拌后，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，在35~40℃强力搅拌，向溶液中加入酚类化合物，高速搅拌，再向溶液中缓慢滴加醛类化合物，密封，32~36℃下搅拌18~24h，装入反应釜中，于130~150℃下反应18~24h，产物经去离子水和乙醇洗涤、过滤、烘干，得到外层包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈；（3）、将包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中充分作用，固液分离、干燥，得到预处理的包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈；（4）、将预处理的包裹酚醛树脂层的球状二氧化铈和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散，并室温搅拌，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，室温强力搅拌，再向溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鲜梅，孙晨，郑子良，王诗瑶，吴旭，安霞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14