[發明專利]多元元素摻雜的RE-M-O固溶體納米粉末的制備方法

無效

• 申請號: 201410130421.6
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103964485A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 侯雪玲;劉春雨;胡慧敏;薛允;倪建森
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種用碳化物水解法制備多元元素摻雜的RE-M-O（RE為稀土元素；M包括過渡元素、稀土元素）納米固溶體粉末的具體方法，屬納米材料技術領域。

背景技術

稀土元素具有獨特的光、電和磁性質，被譽為新材料的寶庫。納米材料由于其獨特的界面效應、體積效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等特點而成為近年來的研究熱點之一。納米稀土材料結合了納米材料和稀土材料的優良性能，是1﹢1≥2的新型功能材料，是21世紀新功能材料的熱點。

變價稀土氧化物有良好的催化性能。以CeO₂為例，基于Ce元素的Ce³⁺/Ce⁴⁺可變價特性，實現氧的釋放-存儲這一循環過程，使得CeO₂成為很好的催化劑和催化劑載體。人們對CeO₂的摻雜改性進行研究，研究表明，金屬離子取代CeO₂晶格中部分鈰離子后，使CeO₂晶格畸變，由此產生缺陷，從而增強了氧化還原和低溫催化活性。

我國是世界第一稀土生產大國，但并非稀土強國，長期以來稀土以原材料出口歐、美、日等國，然后以附加值數倍至數十倍的高技術產品返銷，稀土深加工巨額利潤貢獻給國外,而把環境污染留在國內。雖然人們對稀土氧化物納米粉進行了大量的研究，但這些方法都有一定的缺點，如溶膠-凝膠法反應時間長、水熱法存在安全隱患以及能量消耗大。由于性價比等原因，一般都停留在實驗室階段，因此探尋一種低成本、無污染和大規模生產稀土氧化物納米粉的方法一直是研究者努力方向。

發明內容

本發明目的是提供一種多元元素摻雜的RE-M-O（RE為稀土元素；M包括過渡元素、稀土元素）納米固溶體粉末的制備方法，該工藝低溫、綠色，便于工業化生產。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案，分以下幾個工藝步驟：

a）以質量百分比用 82~92％金屬RE

5~10％金屬M

5~10％石墨

用25 kg真空感應爐熔煉，選用石墨坩堝，熔化后澆鑄得到脆性碳化物合金。RE為稀土元素La，Ce，Pr，Nd中的一種，M為稀土元素La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Ac，Th，Pa，U，Np，Pu，Am，Cm，Bk，Cf，Es，Fm，Md，No，Lr或過渡族元素Sc，Y，Ti，Zr，Hf，Rf，V，Nb，Ta，Db，Cr，Mo，W，Sg，Mn，Tc，Re，Bh，Fe，Ru，Os，Hs，Co，Rh，Ir，Mt，Ni，Pd，Pt，Ds，Au，Ag中的一種；

b）將脆性碳化物合金破碎至粒度小于3 mm的粉末，合金粉末與去離子水按質量比1:10~1:100配制，將其緩慢倒入盛有去離子水的燒杯中，并放置于磁力攪拌器上進行攪拌，調節溫度使其穩定在10~100 ℃，合金粉末剛倒入去離子水中即與水發生水解反應，立刻有小氣泡出現，并放出熱量，經18~72小時攪拌反應倒掉上層液，再加入去離子水攪拌洗滌，如此反復幾遍，在50~100 ℃的烘箱中烘干得到比表面積為50~200 m²/g 的M摻雜稀土氧化物納米粉。

c）將烘干后的納米粉經600~1000 ℃/1 h熱處理后得到M摻雜的稀土氧化物納米粉。

本工藝操作簡單，反應溫度低，機械攪拌可在敞開式容器中進行，由于不用催化劑、酸和堿等化學試劑，是一種名副其實的綠色工藝，易于實現工業化生產。

附圖說明

圖1：實施例1Fe摻雜CeO₂納米粉的透射電鏡照片

圖2：實施例1Fe摻雜CeO₂納米粉的高分辨透射電鏡晶格像

圖3：實施例1Fe摻雜CeO₂納米粉和純CeO₂的XRD圖譜

圖4：實施例1Fe摻雜CeO₂納米粉和純CeO₂經600 ℃/1 h熱處理后的XRD圖譜

圖5：實施例1Fe摻雜CeO₂納米粉和純CeO₂經600 ℃/1 h熱處理后甲烷催化活性曲線圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1（RE= Ce M=Fe）