水热法制备纳米氧化铈粉体.doc

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1、.水热法制备纳米氧化铈粉体摘要：CeO2是一种价廉且用途极广的工业材料，具有广阔的市场应用前景。近年来，氧化铈纳米材料的形貌、尺寸控制以及性能应用方面已成为研究的热点之一。本论文对氧化铈进行结构、形貌以及光学性能的表征，分析了固相法，液相法，气象法制备纳米材料的优缺点并采用水热法制备出氧化铈纳米材料。关键词：纳米CeO2；水热法；制备方法Hydrothermalsynthesis，Preparationofnano-sizedCeO2particlesAbstract：Ceriaisacheapandwidelyusedindustrymaterial,whi

2、chhasabroadmarketappliedprospect.Inthispaper,thepreparation,characterizationandopticalpropertiesofasceriananomaterialshavebeenstudied，theadvantageanddisadvantageofsolidmethod，liquidmethodandgasmethodhavebeencontrastedandceriananomaterialswerepreparedbyhydrothermalmethod.Keyword：nano

3、meterCeO2；Hydrothermalsynthesis；preparationmethod随着纳米技术的不断进步，纳米CeO2由于粒径比较小，具有高的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性，因此产生了与传统材料不同的许多特殊性质，成为近年来材料科学中研究的热点。CeO2作为稀土家族中一种重要的化合物,可用于汽车尾气净化催化材料[1]、高温氧敏材料[2]、固体氧化物燃料电池(SOFC)电极材料[3][4]、化学机械抛光(CMP)研磨材料[5]等行业，对人类改善工作条件、提高生活质量、保障身体健康,节约能源、加强环境保护具有重要的现实

4、意义,并具有显著的经济效益和社会效益。1氧化铈纳米材料概述1.1氧化铈的结构和性质由于Ce具有独特的4f层电子结构，氧化铈属于立方晶系，是面心立方结构，具有萤石结构。所属点群为Fm3m点群。从热动力学方面讲，其（111）面是最稳定的。CeO2晶胞中的Ce4+按面心立方阵排列，O2-占据所有的四面体位置，每个Ce4+被8个O2-包围，而每个O2-则与4个Ce4+配位，如下图所示。氧化铈经高温(T>950°C)还原后，CeO2转化为具有氧空位、非化学计量比的CeO2-x氧化物(0

5、。值得注意的是，即使从晶格上失去相当数量的氧，形成大量氧空位之后，CeO2-x仍然能保持萤石型晶体结构，这种亚稳氧化物暴露于氧化环境时又易氧化为..CeO2[7]，因而CeO2具有优越的储存和释放氧功能及氧化还原反应能力。图1CeO2的晶体结构氧化铈为淡黄色粉末，熔点为2600°C，在常温下比较稳定，溶于硫酸；在硝酸中加过氧化氢也能溶解；溶于盐酸时逸出氯；不溶于稀酸(稀硫酸除外)和水。CeO2的热稳定性较高，800°C时可保持晶型不变，在980°C时失去一部分氧原子。1.2氧化铈纳米材料的应用前景（1）氧化铈在汽车尾气催化中的应用近年来，随着汽车数量的增多，环

6、境污染逐渐加重，所以许多国家对汽车尾气的排放进行了严格的控制，在此背景下产生了三效催化剂。通常三效催化剂是由起催化作用的贵金属活性组分、包括CeO2在内的催化转化助剂和用于支撑活性组分的载体组成。在这催化方面的应用中，CeO2主要起到两方面的作用：①良好的储氧与放氧功能；②促进贵金属的反应活性与分散。氧化铈属于立方晶系，具有萤石结构，使得晶格结构排列不紧密容易形成氧空位，当周围环境氧压力发生变化时，促使阳离子化合价在Ce3+与Ce4+之间的相互转化，从而导致晶格结构中氧原子数目发生变化，进而具备了储氧与放氧功能。（2）氧化铈微纳米材料在化学机械抛光中的应用稀土

7、氧化物CeO2是一种性能优异的抛光粉，其特点是抛光速率高，对材料的去除率高，被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小，颗粒硬度低，对被抛光表面损伤较弱。CeO2抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路SiO2介质层抛光和单晶硅片抛光等。CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸，它在碱性抛光环境下是两性的，能同时吸附阳离子和阴离子[8]，故有更好的抛光性能。（3）氧化铈纳米材料在固体燃料电池中的应用固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将化学能高效地转化为电能的能源..转化装置，它具有高效、环境友好、适用燃料范围广、寿命长等一系列独特的优点。

8、纳米CeO2应用于SOFC电极中具有以