水热法制备纳米级片状氧化铈及镧铈羟基硫酸盐的方法

摘要

本发明涉及一种水热法制备纳米级片状氧化铈及镧铈羟基硫酸盐的方法，先以三价铈盐和氯化镧为前驱体，氨水和硫酸铵为沉淀剂，通过水热方式在120‑200℃下反应12‑20小时。得到的中间产物，再以离子交换的方式，在0.4 mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌8‑12小时，最终进行分离洗涤，得到纳米片状储氧材料。本发明不需要任何模板，不添加有机溶剂，制备工艺基本无污染。产品在新型三效催化剂方面有着良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，特别涉及一种水热法制备纳米级片状氧化铈及镧铈羟基硫酸盐的方法。

背景技术

近年来, 汽车尾气已成为空气污染的主要来源之一, 控制和治理汽车尾气污染已成为当今全球性的重要课题。自20世纪70年代以来，三效催化剂（Three Way Conversion Catalyst, TWC）就成了机动车尾气净化的最有效手段。在三效催化剂中，储氧材料是组成催化剂的一个重要部分，决定了催化剂的性能和寿命。储氧材料最重要的作用在于实现发动机不同工作阶段的活性氧存储与释放，从而达到拓宽工作窗口的目的。

在各种储氧材料中，最为广泛使用的是各类铈基储氧材料。随着排放标准的不断提高，人们对储氧材料的储氧性能提出了更高的要求，如何提高材料的氧气存储能力 (Oxygen Storage Capacity, OSC）成为了人们关注的重点之一。二维纳米材料相对于普通纳米颗粒具有更好的储氧容量 (Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50(19) , 4378-4381) ,因此研究如何合成具有高储氧容量的二维铈基储氧材料具有重要的科研意义。

发明内容

本发明的目的：提供一种低成本，高储氧容量的纳米片状铈基材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下方案来实现：

纳米片状氧化铈的制备。

室温下将3-4 mmol 可溶性三价铈盐溶解于10-30 ml水中，搅拌下加入1-2 ml氨水，1-2 g 硫酸铵粉末，0.05-1.00 g 亚硫酸钠粉末。充分混合后将混合后的体系转移到50 ml带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于120-200℃下反应12-20小时。所得沉淀经由抽滤，用水洗涤后，分散于约0.4 mol/L 的氢氧化钠溶液中，搅拌8-12小时，至沉淀呈浅黄色。沉淀再经抽滤分离，水洗干燥即为所需产品。

纳米片状镧铈羟基硫酸盐的制备。

室温下3.2-6.4 mmol 六水氯化镧和0.8-1.6 mmol 可溶性三价铈盐溶解于约30 ml水中，搅拌下加入1-2 ml氨水，1-2 g 硫酸铵粉末，0.05-1 g 亚硫酸钠粉末。充分混合后将混合后的体系转移到50 ml带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于120-200℃下反应12-20小时。所得沉淀经由抽滤，用水洗涤后，分散于约0.3-0.5 mol/L 的氢氧化钠溶液中，搅拌8-12小时，至沉淀呈浅黄色。沉淀再经抽滤分离，水洗干燥即为所需产品。

优选的，方案1，2中所用可溶性三价铈盐为七水氯化亚铈或硫酸亚铈。

本发明具有如下优点：

所述纳米片状储氧材料不需要任何模板，不添加有机溶剂，制备工艺基本无污染。所得片状氧化铈储氧容量在200μmol>2/g以上，片状镧铈羟基硫酸盐储氧容量约600μmol>2/g，其储氧容量在同类储氧材料中优势明显。

附图说明

图1为本发明所得纳米片状氧化铈的TEM图。

图2为本发明所得纳米片状镧铈羟基硫酸盐的TEM图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限定性的实施案例如下（下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中的试验材料，如无特殊说明，均为自常规化学试剂商店购买得到的）：

实施案例一：

纳米片状氧化铈的制备。

室温下将4 mmol 七水氯化亚铈溶解于约30 ml水中，搅拌下加入2ml 28%体积浓度氨水，2g 硫酸铵粉末，0.05g 亚硫酸钠粉末。充分混合后将混合后的体系转移到50 ml带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于200℃下反应20小时。所得沉淀经由抽滤，用水洗涤后，分散于约0.4 mol/L 的氢氧化钠溶液中，搅拌12小时，至沉淀呈浅黄色。沉淀再经抽滤分离，水洗干燥即为所需产品。产品如附图1所示。

实施案例二：

纳米片状镧铈羟基硫酸盐的制备。

室温下6.4 mmol 六水氯化镧和1.6 mmol七水氯化亚铈溶解于约30 ml水中，搅拌下加入2ml 28%体积浓度氨水，2g 硫酸铵粉末，0.05g 亚硫酸钠粉末。充分混合后将混合后的体系转移到50 ml带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于200℃下反应20小时。所得沉淀经由抽滤，用水洗涤后，分散于约0.4 mol/L 的氢氧化钠溶液中，搅拌12小时，至沉淀呈浅黄色。沉淀再经抽滤分离，水洗干燥即为所需产品。此时产物如图2所示。

实施案例三：

纳米片状氧化铈的制备。

室温下将4 mmol 硫酸亚铈溶解于约30 ml水中，搅拌下加入2ml 28%体积浓度氨水，2g 硫酸铵粉末，0.05g 亚硫酸钠粉末。充分混合后将混合后的体系转移到50 ml带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于120℃下反应12小时。所得沉淀经由抽滤，用水洗涤后，分散于约0.4 mol/L 的氢氧化钠溶液中，搅拌12小时，至沉淀呈浅黄色。沉淀再经抽滤分离，水洗干燥即为所需产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。