高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及稀土氧化物的合成方法，更具体地，本发明的实施方式涉及一种高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法。
【背景技术】
[0002]稀土材料在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等诸多领域具有广泛的应用，其重要的工业价值越来越受到世界高度关注。作为稀土元素之一的铈，因其氧化物在燃料电池电解质、汽车尾气三效催化剂、抛光材料等方面具有卓越性能，更是研究热点。随着科技的进步，对于掺杂氧化铈的合成，在传统的固相反应合成基础上，发展出了很多更为节能、简易的制备方法，例如:燃烧法、溶胶凝胶法、共沉淀法、水热法等。这些方法的发明扩大了对掺杂氧化铈的研究，深入了对掺杂氧化铈的认识，也拓宽了掺杂氧化铈的应用。然而，这些制备方法仍有其各自的不足，往往工艺较为繁琐，或者难以收集。另一方面，对于掺杂氧化铈弱团聚且高度分散的物性要求，这些方法更是难以满足。基于此，有必要发明一种可获得弱团聚态且高度分散的掺杂氧化铈的简易技术，以解决相关难题。
【发明内容】
[0003]本发明克服了现有技术的不足，提供一种高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，以期望可以解决高分散弱团聚掺杂氧化铈制备工艺繁琐，产物难以收集，成本高等的问题。
[0004]为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案:
[0005]—种高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，将硝酸铈、用于掺杂的金属的硝酸盐和适量的尿素溶解在无水乙醇中，形成均相溶液后转入高压反应釜，缓慢升温至乙醇超临界状态，恒温0.5_4h，接着让高压反应釜排气降温，获得掺杂氧化铈的纳米粉体。
[0006]进一步的技术方案是:所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，无水乙醇中的金属离子的总浓度< lmol/L，所述尿素与无水乙醇中所有金属离子的摩尔比为3:1-6。
[0007]所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，硝酸铈和用于掺杂的金属的硝酸盐的摩尔比根据产物对铈和其它掺杂金属的需要进行调节即可，无需限定比例。
[0008]进一步的技术方案是:所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，硝酸铈、用于掺杂的金属的硝酸盐和尿素在加热搅拌的条件下溶解到无水乙醇中，加热温度< 80。。。
[0009]进一步的技术方案是:所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，乙醇超临界状态的条件是:温度97-300°C，压力4.3-12MPa。
[0010]进一步的技术方案是:所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，用于掺杂的金属的硝酸盐中的金属是稀土元素、碱金属、碱土金属或其他能与氧化铈形成固溶体的元素。
[0011]进一步的技术方案是:所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法中，掺杂是单一元素的掺杂或者多元素的共掺杂。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果之一是:1、工艺简单，从溶液到目标掺杂氧化物只需一步即可实现，省去了传统共沉淀合成中的沉淀、陈化、过滤、洗涤、分散、干燥和高温焙烧等一系列繁琐步骤，操作方便，重复性好；2、合成过程所需的试剂、仪器设备及辅助设施少，极大地减少了资源和能源消耗；3、合成过程无废水产生，节能环保；4、所制备的粉体无明显硬团聚、分散性好、流动性极佳，晶粒均匀，且晶粒小于10nm。
【附图说明】
[0013]图1是实施例1合成的钆掺杂氧化铈的扫描电镜图。
[0014]图2是实施例1合成的钆掺杂氧化铈的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]实施例1
[0017]—种获得高分散弱团聚20%钆掺杂氧化铈(CeasGda2Ou)的一步合成方法，具体合成过程如下:
[0018]准确称量0.016mol硝酸铈、0.004mol硝酸钆和0.06mol尿素，溶解于200mL无水乙醇中(溶解过程在50°C连续搅拌条件下进行)，形成均相溶液；将溶液转入高压反应釜，调整好釜内的液面高度后密封，缓慢升温至260°C，恒温2h(此时釜内压力约为1MPa);排出高压反应釜内的气体，降温，取出釜内的粉末样品。
[0019]对制备的Ce。.Wda2Ou粉体分别进行扫描电镜和X射线衍射表征，结果见图1和图2。
[0020]从图1可以看出，合成的CeasGda2Ou粉体具有很好的分散状态，呈絮状，没有明显硬团聚，一次晶粒小于10nm，二次晶粒约为20-30nm。从图2可以看出，合成的CeasGda2Oh9粉体具有与Ce02—致的典型萤石型结构，谱图中未发现Gd2O3的晶相，说明该粉体晶化程度较好，已经形成固溶体，无需再经高温焙烧。
[0021]实施例2
[0022]—种获得高分散弱团聚5%锂掺杂氧化铺(Cea95Liat)5O2 5)的一步合成方法，具体合成过程如下:
[0023]准确称量0.019mol硝酸铈、0.0Olmol硝酸锂和0.06mol尿素，溶解于200mL无水乙醇中(微热搅拌)，形成均相溶液；将溶液转入高压釜，调整好釜内的液面高度后密封，缓慢升温至260°C，恒温Ih(此时釜内压力约为9MPa);排出高压釜内的气体，降温，取出釜内的样品，即为Cea95Liaff12 δ粉体，此粉体流动性很好，为超细高分散弱团聚纳米粉体。
[0024]实施例3
[0025]—种获得高分散弱团聚10%钙掺杂氧化铈(Cea9Caa12 5)的一步合成方法，具体合成过程如下:
[0026]准确称量0.036mol硝酸铈、0.004mol硝酸钙和0.15mol尿素，溶解于200mL无水乙醇中(50°C搅拌)，形成均相溶液；将溶液转入高压釜，调整好釜内的液面高度后密封，缓慢升温至240°C，恒温1.5h(此时釜内压力约为8.5MPa);排出高压釜内的气体，降温，取出釜内的样品，即为超细高分散弱团聚纳米Cea9Caa12 δ粉体。
[0027]实施例4
[0028]—种获得高分散弱团聚15%钐和5%钙共掺杂氧化铈(CeasSmai5Caaff12 5)的一步合成方法，具体合成过程如下:
[0029]准确称量0.016mol硝酸铈、0.003mol硝酸钐、0.0Olmol硝酸钙和0.06mol尿素，溶解于200mL无水乙醇中(伴随50°C搅拌)，形成均相溶液；将溶液转入高压釜，调整好釜内的液面高度后密封，缓慢升温至260°C，恒温2h (此时釜内压力约为1MPa);排出高压釜内的气体，降温，取出釜内的样品，即为超细高分散弱团聚纳米CeasSmai5Caa(]502 δ粉体。
[0030]尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【主权项】
1.一种高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于将硝酸铈、用于掺杂的金属的硝酸盐和适量的尿素溶解在无水乙醇中，形成均相溶液后转入高压反应釜，缓慢升温至乙醇超临界状态，恒温0.5-4h，接着让高压反应釜排气降温，获得掺杂氧化铈的纳米粉体。2.根据权利要求1所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于所述无水乙醇中的金属离子的总浓度< lmol/L，所述尿素与无水乙醇中所有金属离子的摩尔比为3:1-6。3.根据权利要求1所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于所述硝酸铈、用于掺杂的金属的硝酸盐和尿素在加热搅拌的条件下溶解到无水乙醇中，加热温度< 80°C。4.根据权利要求1所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于所述乙醇超临界状态的条件是:温度97-300°C，压力4.3-12MPa。5.根据权利要求1所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于所述用于掺杂的金属的硝酸盐中的金属是稀土元素、碱金属、碱土金属或其他能与氧化铈形成固溶体的元素。6.根据权利要求5所述的高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，其特征在于所述掺杂是单一元素的掺杂或者多元素的共掺杂。
【专利摘要】本发明公开了一种高分散弱团聚掺杂氧化铈的一步合成方法，将硝酸铈、用于掺杂的金属的硝酸盐和适量的尿素溶解在无水乙醇中，形成均相溶液后转入高压反应釜，缓慢升温至乙醇超临界状态，恒温0.5-4h，接着让高压反应釜排气降温，获得掺杂氧化铈的纳米粉体。本发明的合成方法工艺简单，从溶液到目标掺杂氧化物只需一步即可实现，省去了传统共沉淀合成中的沉淀、陈化、过滤、洗涤、分散、干燥和高温焙烧等一系列繁琐步骤，操作方便，重复性好；合成过程所需的试剂、仪器设备及辅助设施少，极大地减少了资源和能源消耗；合成过程无废水产生，节能环保；所制备的粉体无明显硬团聚、分散性好、流动性极佳，晶粒均匀，且晶粒小于10nm。
【IPC分类】C01F17/00, B82Y40/00
【公开号】CN105000586
【申请号】CN201510483352
【发明人】梁锦平
【申请人】攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年8月3日