本发明专利技术涉及纳米材料技术领域，公开了一种铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将水溶性铈盐和水溶性铜盐作为金属源溶于溶剂中，完全溶解，得溶液A；将水溶性草酸盐和六次亚甲基四胺作为有机配体溶于溶剂中，完全溶解，得溶液B；所述溶剂为去离子水和乙二醇的混合液；(2)将溶液B倒入溶液A中，保持搅拌状态进行共沉淀反应，减压抽滤，干燥，得铈掺杂草酸铜纳米材料。该方法制备的纳米材料具有特定几何结构，即类似人体红细胞状的两面中间凹陷的圆盘状含铜铈纳米结构，所得产品为铈掺杂的草酸铜结构，其结晶度高，均一性良好，在催化等领域有望发挥重要应用前景。等领域有望发挥重要应用前景。等领域有望发挥重要应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种铈掺杂草酸铜纳米材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及含稀土元素材料的纳微结构调控技术，更具体的说是涉及一种铈掺杂草酸铜的纳米材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]铈(Ce)是地球丰度最高的轻稀土元素，其特殊的外层4f轨道电子结构(4f15d16s2)，赋予了Ce可在Ce3+和Ce4+之间可逆转变表现出较强的氧化还原能力。当以Ce作为络合物的中心原子时，其剩余的多个电子轨道可与其它物质之间形成新的化学键，这种特性使得稀土元素被称为“工业维生素”，具有重要的应用场景，其中含有稀土元素Ce的材料在诸多领域表现出优良的特性(J.Am.Chem.Soc.,2003,125(6):1494
‑
1495.)。
[0003]然而，现有技术中含稀土元素铈纳米材料的制备存在着技术短板，即制备工艺复杂，且常常需通过高温高压反应过程，此外所制备出的产物微观几何结构单一，多为球状、片状或棒状结构，从而限制了该类材料的特定功能的发挥。
[0004]因此，开发一种简单、高效、经济且环保的方法来实现具有特殊规则几何结构的含铜铈元素的纳米材料的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种具有类似人体红细胞状的，即两面中间凹陷的圆盘状的铈掺杂草酸铜纳米结构的可控制备方法，旨在解决含稀土元素Ce的新型纳米结构设计与构筑的问题。该制备方法兼具了简单、高效、低成本以及环境友好等特点，且制备得到具有规则几何结构的含铜铈元素的纳米材料，所得产物具有类人体红细胞状，且尺寸均一，分散性良好，为开发铜铈结构材料提供了一条行之有效的策略。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将水溶性铈盐和水溶性铜盐作为金属源溶于溶剂中，完全溶解，得溶液A；
[0009]将水溶性草酸盐和六次亚甲基四胺作为有机配体溶于溶剂中，完全溶解，得溶液B；
[0010]所述溶剂为去离子水和乙二醇的混合液；
[0011](2)将溶液B倒入溶液A中，保持搅拌状态进行共沉淀反应，减压抽滤，干燥，得铈掺杂草酸铜纳米材料。
[0012]有益效果：本专利技术通过共沉淀法，以去离子水与乙二醇的混合液作为溶剂，分别配制含有铜和铈金属离子的溶液以及含有草酸根和六次亚甲基四胺的溶液，在不加入任何其他有机物添加剂的情况下，将上述溶液充分混合，即可制备类红细胞状的铈掺杂草酸铜纳米材料。该方法无需高温高压反应环境，制备工艺简单、具备生产成本低、无毒无污染、产量高的特点，适合大规模生产。且该方法制备的纳米材料具有特定几何结构，即类似人体红细
胞状的两面中间凹陷的圆盘状含铜铈纳米结构，所得产品为铈掺杂的草酸铜结构，其结晶度高，均一性良好。该结构为首次报道，在催化等领域有望发挥重要应用前景。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述金属源中铜盐和铈盐的质量比为30:1～4:1，所述有机配体中草酸盐与六次亚甲基四胺的质量比为1:1～10:1，且所述金属源与所述有机配体的质量比为0.32:1～2.4:1。共沉淀反应中草酸盐提供等摩尔物质的量的草酸根，草酸根与金属离子进行结合从而形成固体产物析出，该过程中，草酸盐的物质的量要大于或等于金属离子的物质的量。六次亚甲基四胺作为表面活性剂，其主要作用为调控溶剂的表面张力，其本身不参与固体产物材料生产，其量保持在适中浓度即可。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述溶液A中金属离子浓度为1.0～50g/L；所述溶液B中有机配体浓度为0.4～40g/L，且所述溶剂中去离子水和乙二醇的体积比为53:2～40:15。
[0015]有益效果：以去离子水和乙二醇的混合液作为溶剂，由于乙二醇的加入能够有效增加溶剂的黏度，当混合液中二者处于适当的比例时，能够适合共沉淀生长过程中的物质成核，从而实现目标产物的生成。当反应体系中金属离子浓度过小时，会导致目标产物的产量过低；而浓度过大，动力学反应速率过快，则会造成生长成核过程的团聚现象，无法形成类红细胞状结构。
[0016]更优选的，步骤(1)所述金属源中铜盐和铈盐的质量比为16:1，所述有机配体中草酸盐与六次亚甲基四胺的质量比为3:1，所述金属源与所述有机配体的质量比为1.28:1；且，所述溶液A中金属离子浓度为7.73g/L；所述溶液B中有机配体浓度为5.91g/L，且所述溶剂中去离子水和乙二醇的体积比为50:5。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)共沉淀反应温度为5～50℃，时间为10～120min。
[0018]更优选的，步骤(2)共沉淀反应温度为25℃，时间为30min。
[0019]有益效果：共沉淀反应的温度低于5℃，则溶剂区域凝固，且溶质溶解度降低，容易析出；温度高于50℃，则加速共沉淀过程的反应动力学的进行，不利于产物特定结构的形成，选择接近室温的25℃反应条件，可兼顾降低能耗以及促进反应温和进行。对于反应时间，当反应时间少于10min，产物的微观结构还未完全形成，反应时间超出120min，则反应体系中的成核反应持续进行，导致所得纳米颗粒尺寸变大，不属于纳米材料范畴，且外观形貌会发生改变。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)减压抽滤时用无水乙醇淋洗。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述搅拌的速率为800rpm；所述干燥的温度为60℃。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，所述铈盐选自硝酸铈、硫酸铈和氯化铈中的一种或多种；所述铜盐选自硝酸铜、硫酸铜和氯化铜中的一种或多种；所述草酸盐选自草酸钠、草酸钾、和草酸铵中的一种或多种。
[0023]根据实验机理，对于金属源种类的选择，只需要试剂原料提供同价态的金属离子即可，与其阴离子种类无关，比如显而易见的，选择硫酸铜和氯化铜，其作用将是完全一样，可进一步将二者混合使用。同理，当选取有机配体时，仅需确保选择的草酸盐能够提供草酸根即可，如草酸钠和草酸钾的作用完全一致，可进一步将二者混合使用。
[0024]更优选的，铈盐为硝酸铈；铜盐为硫酸铜；草酸盐为草酸钠。
[0025]本专利技术的另一目的是，提供上述制备方法制备的铈掺杂草酸铜纳米材料。该纳米材料为浅蓝色固体粉末，记为Ce
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CuC2O4，具有类人体红细胞状结构，即两面中间凹陷的圆盘状结构，且其晶体结构为草酸铜，其尺寸均一、分散性好。
[0026]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法及其产品。具有特定几何结构的铈掺杂草酸铜纳米材料仅共沉淀法制得，无需高温高压环境，其制备工艺简单，所采用的溶剂为无毒无害且低成本的乙二醇和水，此外不需要添加任何有机物添加剂，从而确保了所制备的材料杂质少，提升产品纯度。且本专利技术提供的技术参数可实现具有类人体红细胞状，即两面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将水溶性铈盐和水溶性铜盐作为金属源溶于溶剂中，完全溶解，得溶液A；将水溶性草酸盐和六次亚甲基四胺作为有机配体溶于溶剂中，完全溶解，得溶液B；所述溶剂为去离子水和乙二醇的混合液；(2)将溶液B倒入溶液A中，保持搅拌状态进行共沉淀反应，减压抽滤，干燥，得铈掺杂草酸铜纳米材料。2.根据权利要求1所述的铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属源中铜盐与铈盐的质量比为30:1～4:1，所述有机配体中草酸盐与六次亚甲基四胺的质量比为1:1～10:1，且所述金属源与所述有机配体的质量比为0.32:1～2.4:1。3.根据权利要求2所述的铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶液A中金属离子浓度为1.0～50g/L；所述溶液B中有机配体浓度为0.4～40g/L，且所述溶剂中去离子水和乙二醇的体积比为53:2～40:15。4.根据权利要求3所述的铈掺杂草酸铜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属源中铜盐与铈盐的质...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐红梅，黄振雄，黎建刚，陈泊宏，陈小平，付尹宣，石金明，
申请(专利权)人：江西省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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