氧化鈰與氧化銅微納米結構的復合組裝和能研究

1、前言前言隨著科技的不斷進步與發(fā)展，催化化學一直是研究領域的一大熱點，其關鍵在于將新生的微納米材料運用到一系列的化學變化研究中。研究發(fā)現，催化材料的微觀形貌對催化反應的活性和選擇性均有著強烈的影響，例如，Co3O4納米材料常用于催化CO氧化[12]、烴類燃燒[3]，其催化性能大都與Co3O4粒子尺寸有關；直徑為200nm，長為30~40μm的CeO2納米管催化CO氧化的反應速率(200℃)是其納米粒子的400倍[4]。近年來，科研人員對納

2、米材料形貌的可控合成及其催化活性方面的研究進行了大量的實驗探究，在獲得形貌規(guī)整、粒徑均勻的微納米粉體基礎上，使其獨特的形貌效應、結構效應在實際技術中得到應用，一直是各研究領域的重要研究方向。而復合多級結構作為納米材料的一種經典構型深受關注。復合多級結構一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成。外殼部分可由多種材料組成，包括有機高分子、無機物等。復合多級結構一般為圓形粒子，也可以是其它形狀，往往需要借助于實驗條件的可控性制備不同形貌的結構，達

3、到不同的催化效應。CuO、CeO2均為重要稀土金屬化合物，憑借其小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，在磁學、光學、電學、敏感性等方面表現出較好的特性，尤其在催化領域，更具有獨特的性質和優(yōu)點。例如，對CO的催化氧化既具有較高的選擇性，又可在低溫下氧化。因而得到了廣泛的認可，成為催化研究中的焦點?；诖?，本文通過水熱法制備出CuO微球，在具有多級結構的CuO微球的表面，通過吸附沉淀法得到CuOCeO2復合多級結構微球，綜

4、合了二者在催化方面的有點，相互補充了其單獨一種使用時的不足之處。時間內使反應物料分子均勻混合，這就造成設備昂貴、操作復雜、普及性差。因此，氣相法合成納米粉體的技術還不夠成熟，實用性不強，僅限于理論研究，還不能形成規(guī)?；a方式，仍需要更大的努力去研究和完善。目前根據溫度變化的原理，氣相法可分為氣體冷凝法、加熱蒸發(fā)法、化學氣相沉積法等。1.1.2.2固相法固相法固相法是指通過機械力的作用，使材料原本的結構性能發(fā)生變化，作用于內部分子原子之

5、間，通過反應生成先驅物，再高溫分解或改性得到目標粉體的方法。一般認為固相反應經歷四個階段：反應物擴散—反應—成核—生長。當成核速度大于生長率時，新形成的晶核來不及在表面沉積或者聚集，這是往往生成細小的納米顆粒；當生長率大于成核速度時，新生成的晶核符合Ostwald熟化原理，有長時間的緩慢生長的過程，小顆粒逐漸聚集生成較大晶粒。固相法的缺點是得到的晶體粒度分布大，形貌不規(guī)整、純度不高。根據操作過程中反應物分子作用力的不同，固相法通常涵蓋固

6、相反應法、共熔融熱分解法、高能球磨法等。1.1.2.3液相法液相法液相法是指經過控制液相體系中的化學反應條件，如原料濃度、反應時間、水解速率、共沉淀方式等產生前驅物的方法。液相是介于氣相和固相之間的狀態(tài)，它具備氣相法所沒有的反應裝置簡單、無需高真空等嚴格的客觀條件等優(yōu)點，同時又具備固相法所沒有的粉體晶型單一、團聚量少，易實現工業(yè)化運用，是當前制備微納米粉體最常用的途徑。液相法主要是指水熱法、溶膠凝膠法、微乳液法、電化學法等。1.1.2.

7、3.1水熱法水熱法是液相法中合成納米CeO2的重要途徑之一，原理是在特制的密閉反應釜中，通常以水為反應環(huán)境，在高溫高壓等條件下制備氧化物或化合物粉體的一種化學合成方法。在水熱條件下，水充當溶劑和礦化劑的角色，能夠作為化學成分參加反應并加快化學反應的發(fā)生，同時增大物質的溶解度；經過調控物理化學等要素，達到對無機化合物的合成控制和改性。水熱法與其他制備方法相比，有著能耗低、產物純、團聚少、形貌可控等獨特優(yōu)點。且水熱法可直接合成微納米CeO2

8、粉體[12]，制備的粉體一般無需燒結，這就可以防止出現在燒結過程當中晶粒團聚而且雜質易混等缺點。Tana等人[13]在水熱條件下，利用硝酸飾和氫氧化鈉制備不同形貌的納米CeO2，通過改變反應物的濃度、反應時間，得到納米線、納米棒及納米顆粒等結構。1.1.2.3.2沉淀法沉淀法是指將沉淀劑加入到溶液中，在一定的條件下生成難溶性的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽等前驅體，再將前驅物加熱分解，得到納米氧化物粉體的方法。沉淀法擁有實驗裝置簡單、