[發明專利]一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201710479442.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107243339A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 謝宇;宋健華;肖針;宋冬冬;黃子毅;項文翔;凌云;孫雨欣;李佩
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/02;B01J37/03;B01J37/08
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 金一嫻

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，屬于光催化劑技術領域。

背景技術

隨著科學技術的發展，人類的生活水平也是逐漸的提升。自兩次工業革命以來，社會的生產力得到極大的提高，但是人類的生活環境卻是每況愈下，各種污染隨之而來。霧霾，水污染等等接踵而至。許多大城市屢屢被霧霾所困擾，pm2.5指數只增不減，有時百米之外灰蒙蒙的一片，這不僅影響交通安全，更是會對人類的身體產生極大的傷害。眾所周知，水孕育了生命，水對人類的作用極大。可現在水污染極其嚴重，河流漂浮著眾多的污染物，不僅僅是表面上的塑料袋，它更是含有難以分解的有機化合物，這些幾乎都是致癌物。但如今的污水處理技術很單一，不僅效果不太好，而且容易造成二次污染，這就限制了污水處理技術的發展，利用活性炭吸附就是一個例子。

而光催化技術與普通的吸附以及其他污水處理相比，有著很大的優勢，它具備以下幾個優點，（1）反應條件非常溫和，常溫常壓，太陽光照射下即可催化污染物較為完全分解。（2）無二次污染，光催化反應的產物，一般是H₂O﹑CO₂﹑N₂等無污染物質，對環境友好。（3）反應原理簡單，制備方便，操作也很簡單，可以大規模的生產。（4）光催化劑可以重復利用，不會出現用一次就失活的情況。正是因為光催化技術具備平常技術無法企及的優點，因此它成為近幾年來科學工作者的研究熱點，它也在水污染，環保等方面體現了非常高的經濟價值。

二氧化鈰具備獨特的物理和化學性質，例如在催化劑，紫外光吸收劑，拋光材料，燃料電池等方面得到了廣泛的應用。二氧化鈰作為稀土元素鈰的一種氧化物，具有立方螢石型結構和很好的儲氫能力，因此具有較多的氧空位和較低的氧化還原電勢，正是因為有這些特點，其具備較強的催化氫化的能力。首先，二氧化鈰具備的螢石型結構，晶胞中的每個Ce⁴⁺按面心立方點陣排列 ,O^2-占據所有的四面體位置 ,每個Ce⁴⁺周圍被個8個O^2-包圍，,而每個O^2-則與最近的4個Ce⁴⁺配位。當二氧化鈰顆粒尺寸降到納米級別時，它外層與次外層電子會變得不穩定，會使得鈰的價態在三價與四價間轉化，并且其表面及體相的晶格氧原子能夠直接參與反應并被消耗,所以同時會形成氧空位，而二氧化鈰納米棒中氧空位的產生與消除直接伴隨著氧的放出和存儲過程，使其具備獨特的氧化還原性能,同時CeO₂也有著良好的化學穩定性和高溫快速氧空位擴散能力，因此它可以很好地將有機污染物快速地降解為H₂O﹑CO₂﹑N₂等無污染物質。相比于其他氧化物, CeO₂表面氧空位的形成能較低。例如, CeO₂表面的氧空位形成能(2.0 eV 左右)要遠低于 TiO²表面的氧空位形成能(4.8 eV),形成能越低，氧空位形成越容易，催化降解的效果越好，由此可見，二氧化鈰作為光催化劑具有較大的優勢。

目前對于二氧化鈰納米棒的制備已經有了一些方法，但是很多制備方法存在制備麻煩，原料浪費的問題。例如專利（CN104445339A）寫到的方法中，采用乙酸鈰與氨水混合，用微波加熱，高溫灼燒后得到成品，這種方法對環境的要求高，并且原料會存在浪費的問題。再如專利（CN104891550A）中提到，通過利用混合沉淀劑制備二氧化鈰，該方法步驟很多，各類反應物所需量要很精確，這就存在制備麻煩，并且歷經如此多的步驟，會導致產率的降低。再如專利（CN105502468A）中說到，通過將硝酸鈰與四乙基氫氧化銨經過一系列步驟制得二氧化鈰納米棒，這種方法制得的納米棒過大，氧空位的比表面積小，會使催化性能減弱。

發明內容

本發明的目的提供一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，通過控制變量制備了三種形貌的納米棒單體，并且從中選擇出了光催化性能最好的納米棒單體。利用七水三氯化鈰，氫氧化鈉，去離子水為原料，通過水熱法反應制得二氧化鈰納米棒光催化劑單體。本發明通過制備三種不同形貌的二氧化鈰納米棒單體，研究其光催化性能，填補了研究二氧化鈰納米棒單體光催化性能的空白。

一種二氧化鈰納米棒光催化劑的制備方法，步驟如下：

制備A型二氧化鈰納米棒單體