[發(fā)明專利]一種液相中脈沖激光輻照調(diào)控二氧化鈰納米材料氧缺陷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911250637.5
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN111003724B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁長浩;呂佳麗;田振飛;葉一星;劉俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院合肥技術(shù)創(chuàng)新工程院
• 主分類號: C01F17/235
• 分類號: C01F17/235;B01J23/10;B01J37/34;B82Y30/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;李闖

本發(fā)明公開了一種液相中脈沖激光輻照調(diào)控二氧化鈰納米材料氧缺陷的方法，將CeO₂納米片粉末分散在溶劑中，配制成1mg/mL的懸濁液；所述溶劑采用水、甲醇、乙醇或丙酮中的至少一種；在對所述懸濁液進行攪拌的同時，采用波長為355nm或532nm、脈沖頻率為20Hz、單脈沖能量為10～120mJ的脈沖激光對所述懸濁液輻照5～60min，然后進行離心處理，并采用去離子水對離心處理所得沉淀進行清洗，再進行冷凍干燥，從而制得氧缺陷減少的二氧化鈰納米材料。本發(fā)明不僅簡單安全、條件溫和、調(diào)控過程高效快速、綠色環(huán)保，而且不會引入其他雜質(zhì)，能夠獲得純凈、高性能、氧缺陷減少的CeO_2?x納米材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化鈰納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液相中脈沖激光輻照調(diào)控二氧化鈰納米材料氧缺陷的方法。

背景技術(shù)

CeO₂是一種重要的稀土氧化物，因其特殊的電子結(jié)構(gòu)和獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于催化、磁學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。Ce的電子結(jié)構(gòu)為4f¹5d¹6s²，能夠發(fā)生5d、6s(三個電子)或4f、5d、6s(四個電子)軌道電子的缺失，因此CeO₂中Ce原子能夠以Ce³⁺和Ce⁴⁺兩種價態(tài)穩(wěn)定存在，并可以根據(jù)處理條件(氧分壓和氧化還原環(huán)境)的不同發(fā)生Ce³⁺和Ce⁴⁺間的相互轉(zhuǎn)變，進而造成了CeO₂中氧缺陷的生成和消失，氧缺陷的主要表現(xiàn)形式為氧空位。在缺氧環(huán)境下，CeO₂將向周圍環(huán)境釋放氧，在CeO₂尤其是其表面形成大量的氧空位；而在富氧環(huán)境下，具有大量氧空位的CeO₂將吸附周圍環(huán)境中的氧，通過減少氧空位的形式實現(xiàn)儲存氧。CeO₂中，氧空位的濃度、類型和分布對CeO₂的性能具有重要的影響。以CeO₂負載過渡金屬團簇體系的催化反應(yīng)為例，CeO₂中的氧缺陷不僅可以作為過渡金屬團簇的成核位點，而且氧缺陷的濃度變化還可以有效調(diào)節(jié)過渡金屬團簇的形成過程以及電子結(jié)構(gòu)，從而極大地提高其催化性能。

目前，調(diào)控CeO₂氧缺陷的主要方法有高溫氧化還原、形貌控制和金屬離子摻雜。高溫氧化還原是指在高溫真空、惰性氣氛或中溫還原性氣氛條件下對CeO₂進行退火處理，誘導(dǎo)產(chǎn)生氧空位。由于Ce³⁺的氧化速率遠大于Ce⁴⁺的還原速率，而CeO₂還原的決速步來自于其中的氧擴散，即氧空位的性質(zhì)控制，因此控制還原CeO₂可高效地實現(xiàn)其氧空位的調(diào)變。形貌控制誘導(dǎo)產(chǎn)生氧缺陷的原理在于：由于不同晶面原子配位數(shù)的差異，CeO₂中(111)晶面(110)晶面(100)晶面氧原子的穩(wěn)定性依次遞減，因此，以(100)和(110)為主要暴露晶面的CeO₂更容易析出氧原子形成氧空位。此外，金屬陽離子摻雜也是調(diào)變CeO₂的有效手段。金屬離子摻雜產(chǎn)生氧缺陷的途徑有兩種，一種是由于摻雜離子與Ce⁴⁺原子的半徑和價態(tài)差異導(dǎo)致CeO₂晶格畸變產(chǎn)生表面缺陷；另一種是由于Ce⁴⁺被其它低價態(tài)離子取代時，為了保持材料體系的電中性，氧原子將會從CeO₂中晶格脫出，形成氧空位。上述調(diào)控CeO₂氧缺陷的方法或使用高溫條件，或使用易爆炸的還原氣體，存在高能耗和高危險性等缺點，而且不可避免地引入雜質(zhì)和副產(chǎn)物，不利于純凈、高性能地調(diào)控二氧化鈰納米材料的氧缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本發(fā)明提供了一種液相中脈沖激光輻照調(diào)控二氧化鈰納米材料氧缺陷的方法，不僅簡單安全、條件溫和、調(diào)控過程高效快速、綠色環(huán)保，而且不會引入其他雜質(zhì)，能夠獲得純凈、高性能、氧缺陷減少的CeO_2-x納米材料。