[發明專利]具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2納米管的制備方法

無效

• 申請號: 201010255488.4
• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN101920984A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 華國民;張立德
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及能源、生物醫藥以及催化等技術領域，具體是指一種具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2納米管的制備方法。

背景技術

氧化鈰作為具有催化活性的稀土氧化物在控制汽車尾氣的排放、可再生脫硫、水煤氣制氫、污水中有機物的治理、新型太陽能電池以及作為抗氧化劑在生物醫藥方面等都有著重要的應用。大量的研究表明氧化鈰的催化活性、儲氧能力、氧的遷移能力等受到氧化鈰的表面積和結構特點的影響。因此，設計合成較大比表面積、較高的表面活性的氧化鈰納米結構對于上述方面的應用有著重要的意義。目前，具有較大比表面積、較高的表面活性的氧化鈰納米結構的合成的設計受到廣泛的關注。一維的CeO₂納米結構的由于具有較大的表面/體積比率和較高的表面能，已經在催化反應中顯示出比常規CeO₂粒子更高的催化性能。

制備納米CeO₂的方法一般是通過共沉淀方法獲得納米氧化鈰顆粒，由于納米氧化鈰顆粒之間的團聚嚴重阻礙了比表面積的提高，最近，通過水熱法可以簡便獲得CeO₂納米線。但是由于是實心的納米結構它的比表面積依舊偏低。因此制備高比表面的CeO2納米結構還在很大的挑戰。為了進一步的提高氧化鈰的比表面積，管狀氧化鈰納米結構因為具有內外兩個表面而被認為是提高納米CeO2的比表面積的有效途徑。除此之外在納米管的管壁中構筑微孔或介孔結構則可以進一步的提高比表面積。

發明內容

本發明公開了一種制備介孔氧化鈰納米管的方法。所獲得氧化鈰納米管具有較大的比表面積，較高的熱穩定性。

為實現上述目的本發明采用了如下技術方案：

一種具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2納米管的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將適量的ZnO納米棒在濃度為0.05～0.2ML^-1的氫氧化鈉的溶液中超聲分散，使ZnO表面吸附羥基帶負電；

(2)接著把ZnO納米棒離心分離出來再在無水乙醇中分散清洗；

(3)接著把清洗過的ZnO納米棒再在0.05～0.2ML^-1的硝酸鈰的溶液中超聲分散，使帶有負電的ZnO納米棒表面可以有效地吸附帶正電的Ce⁺⁴離子；

(4)再在無水乙醇中超聲清洗一遍；

(5)重復上述步驟(1)-(4)的循環操作過程，整個沉積過程由20～50個循環構成；

(6)通過連續的離子層吸附反應過程獲得的產物，在空氣中400～600℃退火2小時得到ZnO/介孔CeO₂芯殼納米結構；

(7)用化學腐蝕液將獲得的ZnO/介孔CeO₂芯殼納米結構進行化學腐蝕，去除中間的ZnO納米棒，得到介孔氧化鈰納米管結構，所述的化學腐蝕液為體積比為5％的硝酸溶液，腐蝕時間為4-6分鐘；

(8)將腐蝕好的介孔氧化鈰納米管結構用去離子水清洗幾遍去除表面的殘留物，然后在空氣中烘干即為值得的具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2納米管，烘干溫度為75-85℃。

所述的具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2納米管的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述的ZnO納米棒，其制備過程如下：

a、將14-15mL濃度為0.1ML^-1的醋酸鋅乙醇溶液逐滴地滴加到29-31mL的濃度為0.5ML^-1的NaOH乙醇溶液中并攪拌28-32分鐘；

b、將混合溶液轉移到50-60mL容積的高壓釜中，在150～200度烘箱中加熱反應，加熱時間為22-26小時；

c、反應后的產物用去離子水過濾幾遍后，在空氣中烘干，即得ZnO納米棒，烘干溫度為58-62℃。

本發明方法制得的介孔CeO2納米管，比表面積比CeO₂納米線和CeO₂顆粒的比表面積提高了2～3倍；表面氧和活性氧明顯高于傳統氧化鈰材料；具有較高的催化活性和較低的起燃溫度。本發明方法制備的介孔氧化鈰納米管有望成為新一代的催化劑材料在節能環保和醫療衛生領域發揮重要的作用。

具體實施方式

原料：醋酸鋅、硝酸鈰、氫氧化鈉、硝酸、無水乙醇等。

制備步驟：