氧化铈基纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铈基纳米颗粒的制备方法，首先用水溶性盐、铈及掺杂元素的络合物配制成混合溶液，再加入乙醇等有机溶剂，将铈及掺杂元素络合物和水溶性盐均沉淀出来，得到水溶性盐和铈及掺杂元素络合物的共沉淀物，将此共沉淀物在盐熔点以下煅烧，将其中的铈及掺杂元素的络合物分解转变为掺杂型氧化铈，再水洗后可得高分散的氧化铈基纳米颗粒。本发明专利技术氧化铈基纳米颗粒在高温下始终被固体盐隔离分散，因此制备出的纳米颗粒分散性良好，容易在氧化铈中实现元素掺杂，只需在配制溶液时加入镧、钴、钇、镍、铜或锰等元素，即可制备出不同性能的氧化铈基纳米颗粒，可适应紫外吸收材料和催化材料的需求。和催化材料的需求。和催化材料的需求。

【技术实现步骤摘要】
氧化铈基纳米颗粒的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备，具体涉及一种氧化铈基纳米颗粒的制备方法。

技术介绍

[0002]金属氧化物纳米颗粒一般指尺寸在1
‑
100nm之间的超细氧化物粒子，其具有量子尺寸效应、体积效应、表面效应和隧道效应，在热学、光学、电学、磁学以及化学方面具有非常独特的性质，因此得到广泛应用。
[0003]金属氧化物纳米颗粒通常采用化学法制备，主要有溶胶凝胶法、化学沉淀法、微乳液法、水热法、溶剂热法、喷雾热解法等，这些制备方法的基本过程均是首先制备出金属氧化物前驱体，然后将前驱体在高温煅烧分解，得到金属氧化物纳米颗粒。而在高温煅烧过程中，纳米颗粒极易发生烧结，无法得到分散的金属氧化物纳米颗粒。
[0004]为解决纳米颗粒的高温烧结问题，本研究组探索了多种以水溶性盐作为隔离介质的方法。如，专利技术专利CN201610365324.4提出一种在纳米颗粒表面包覆水溶性盐壳的方法，在煅烧过程中盐壳起到隔离作用，后期再将其去除，可有效避免纳米颗粒在高温下的团聚和烧结，得到单分散纳米颗粒。但该方法工艺复杂、产率非常低。专利技术专利CN201610699775.1先制备出含有水溶性盐和氧化物前驱体纳米颗粒的水溶胶，然后将其与弱极性溶剂混合，使水溶性盐以超细颗粒形式析出，并与纳米氧化物前驱体颗粒共同沉淀，再将共沉淀物干燥后在盐熔点以下煅烧，使纳米氧化物前驱体转变为纳米氧化物，最后洗去可溶性盐得到纳米氧化物颗粒。但此方法需要预先制备出细小分散的氧化物前驱体纳米颗粒，并将其制成透明水溶胶，工艺较为繁琐，产率也较低。专利技术专利CN 201810037620.0在二甲苯中使用纳米硫酸钾对金属氧化物前驱体颗粒进行分散并隔离，高温煅烧后水洗去除硫酸钾，得到分散纳米颗粒。此方法需要预先制备纳米硫酸钾和金属氧化物前驱体纳米颗粒两种材料，工艺更加繁琐。专利技术专利CN 201810037875.7将金属硫酸盐和硫酸钾混合溶液在弱极性有机溶剂中沉淀，同时使用聚丙烯酸作为形核剂，在沉淀物中形成纳米硫酸钾颗粒分散隔离纳米硫酸盐颗粒的状态，沉淀物高温煅烧，将金属硫酸盐分解成金属氧化物，再水洗得到分散的金属氧化物纳米颗粒。此方法工艺较为简便，但得到的金属氧化物颗粒较为粗大，且粒径均匀性较差。专利技术专利CN202010125089.X先在水溶性盐颗粒表面包覆一层含有金属的干凝胶膜，然后在高温煅烧，将干凝胶膜转变为金属氧化物纳米颗粒，再水洗得到具有高分散的金属氧化物纳米颗粒。但此方法需要消耗大量有机溶剂，而且无法回收，因而制备成本较高。另外，本研究组还提出过金属乙酰丙酮盐浸渍水溶性盐的方法(专利CN 2019101041603)，但存在制备效率低、颗粒尺寸不均匀的问题。
[0005]综上，金属氧化物纳米颗粒在制备过程中存在高温烧结的技术瓶颈，本课题组前期尝试了多种使用水溶性盐隔离的方法，但这些方法存在工艺复杂、原材料成本高或制备效率低等缺点。
[0006]氧化铈为基的氧化物类功能性纳米颗粒材料，在催化、固体氧化物燃料电池、机械抛光、气敏器件等领域有着非常广泛的应用，在氧化铈中掺杂镧、钴、钇、钆、镍、铜、锰等元
素，可得到非化学计量比的氧化铈基材料，即氧化铈晶体中含有大量的晶体缺陷及氧空位，这种氧化铈基材料具有异常高的离子迁移率，其储氧能力和催化性能优于纯氧化铈。氧化铈基纳米颗粒的制备方法主要有固相法和液相法。固相法是用铈和掺杂元素所对应的草酸盐、碳酸盐或碱式碳酸盐等在高温煅烧而得，此方法简便易行，但纳米颗粒在高温下易发生颗粒烧结，很难制备出高分散的氧化铈基纳米颗粒；液相法是指通过液体进行物理或者化学过程，获得氧化铈基纳米颗粒，或者氧化铈基纳米颗粒的前驱物，然后再通过高温煅烧得到氧化铈基纳米颗粒的方法。液相法也存在无法避免高温煅烧过程纳米颗粒的烧结，很难得到分散的氧化铈基纳米颗粒，方法操作繁琐、制备效率低，且易残留杂质。
[0007]钇掺杂氧化锆纳米粉体的性能是其纳米晶陶瓷材料应用性能的决定性因素之一，除需要其具有四方相晶体结构、粒径细小之外，对其分散性的要求极高。如果氧化锆纳米颗粒存在严重的颗粒团聚及烧结缺陷，则难以烧制成高致密度、高强度的氧化锆纳米晶陶瓷。钇掺杂氧化锆纳米颗粒的制备方法主要有共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。其中共沉淀法是将钇盐和锆盐配成混合溶液，加入沉淀剂使钇和锆共沉淀析出，再经洗涤、干燥、高温煅烧等工序制得钇掺杂氧化锆。但此方法无法避免高温煅烧过程纳米颗粒的接触及烧结，很难得到高分散的钇掺杂氧化锆纳米颗粒；溶胶凝胶法需要先配制含有钇、锆的溶胶，再经过凝胶、烘干及高温煅烧分解等过程，制备钇掺杂氧化锆。此方法的缺点是原料成本高、凝胶干燥周期长，不适宜大规模生产，而且，此方法同样不能避免高温煅烧过程中的颗粒烧结；水热法是使用反应釜在高温高压下反应生成钇掺杂氧化锆，此方法虽然可以得到分散性良好纳米颗粒，但其安全性差、难以大批量生产。
[0008]超薄层MLCC不仅要求纳米镍粉粒径细小，对纳米镍粉的颗粒分散性和结晶性也有极高的要求。MLCC内电极制作时需要经过空气中排胶过程，需要纳米镍粉结晶良好，才能具有良好的抗氧化性能，以防止其在排胶时氧化；同时纳米镍粉还需要具有良好的分散性，不能存在颗粒团聚或烧结缺陷，否则将导致MLCC出现内电极不连续及漏电等问题。纳米镍粉的抗氧化性能取决于其结晶性，而结晶性又严重依赖于制备温度，需要在600℃以上高温制备才能获得结晶良好、致密的镍粉颗粒。液相还原等方法虽然可以制备出粒径小于100nm的纳米镍粉，但其制备温度太低(<100℃)，结晶性差，室温就会发生氧化。目前商用MLCC用纳米镍粉采用的是化学气相沉积(CVD)法或物理气相沉积(PVD)法，制备出的纳米镍粉在100
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300nm左右，抗氧化性和分散性良好，但CVD和PVD法的设备昂贵、工艺复杂、生产成本极高，而且难以制备出颗粒尺寸小于100nm的纳米镍粉。

技术实现思路

[0009]专利技术目的：基于上述现有技术的问题，本专利技术的一个目的是提供一种制备高分散金属氧化物纳米颗粒的方法，解决现有方法工艺复杂，效率低的问题。
[0010]本专利技术的另一目的是提供氧化铈基纳米颗粒的制备方法，解决现有的氧化铈制备技术存在颗粒易烧结、难以均匀掺杂的问题。
[0011]本专利技术的再一目的是提供制备钇掺杂氧化锆纳米颗粒的方法，解决现有的钇掺杂氧化锆纳米颗粒制备技术存在颗粒硬团聚及烧结、制备效率低下的问题。
[0012]本专利技术还有一个目的是提供制备高分散MLCC纳米镍粉的方法，解决现有方法难以制备出颗粒尺寸小于的100nm、结晶性良好且分散性佳的纳米镍粉的问题。
[0013]技术方案：本专利技术第一个方面提供了制备高分散金属氧化物纳米颗粒的方法，包括以下步骤：
[0014](1)将金属氧化物所对应的金属盐、水溶性盐和络合剂加入到水中，得到含有水溶性盐和金属络合物的混合溶液；
[0015](2)将有机溶剂加入步骤(1)得到的混合溶液中，使水溶性盐与金属络合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈基纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将水溶性盐、铈盐、掺杂元素盐溶解于水中，再加入络合剂，制备出含有铈及掺杂元素的络合物和水溶性盐的混合溶液；(2)将有机溶剂加入到上述混合溶液中，使水溶性盐与铈及掺杂元素的络合物共同析出，得到共沉淀物，在该沉淀物中，铈及掺杂元素的络合物纳米颗粒被水溶性盐隔离；(3)将得到的共沉淀物烘干，然后350℃以上、水溶性盐熔点以下煅烧，使其中的铈及掺杂元素的络合物分解并生成氧化铈基纳米颗粒，水溶性盐仍保持固体状态并起到隔离作用；(4)用水洗涤的煅烧产物，去除水溶性盐，干燥后得到高分散氧化铈基纳米颗粒；其中，所述氧化铈基纳米颗粒的化学组成为Ce1‑
x
M
x
O2‑
y
，其中M为掺杂元素，M＝La、Co、Y、Gd、Ni、Cu或Mn至少一种，0≤x＜0.2，y为非化学计量数且0≤y＜0.5。2.根据权利要求1所述的氧化铈基纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述铈及掺杂元素对应的盐是铈及掺杂元素的硝酸盐、...

【专利技术属性】
技术研发人员：董岩，刘鑫，王玥莹，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：