專利名稱：碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈰顆粒及其制備方法，尤其是涉及一種碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒及其制備方法，屬于碳納米材料加工和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳納米管具有獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的性質(zhì)，使許多研究者一直在進(jìn)行碳納米管的基礎(chǔ)研究并探索其潛在的應(yīng)用。碳納米管具有的0.34nm層間距，內(nèi)孔以及外表面都有可能沉積催化劑，它本身的納米級尺寸有利于獲得很小的催化劑顆粒度，使催化劑的催化性能提高。目前在碳納米管上已經(jīng)成功地負(fù)載上多種金屬和金屬氧化物，比如Cu(Appl.Phys.Lett.69(1996)345)，SiO2(J.Mater. Res.12(1997)604)，V2O5(Nature375(1995)564)等。這為新型催化劑的制備提供了基礎(chǔ)，同時也可以通過這一途徑，利用碳納米管為模板制備金屬和金屬氧化物的納米管、納米線和納米棒等納米材料。
稀土氧化物二氧化鈰是催化劑中很重要的一種成分，它能影響(1)催化劑載體的熱學(xué)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；(2)負(fù)載金屬的分散性；(3)貴金屬的氧化和還原；(4)含二氧化鈰催化劑中氧的儲存和釋放等，二氧化鈰這些影響因素在催化劑中發(fā)揮著非常重要的作用。目前二氧化鈰顆粒作為催化劑主要負(fù)載在氧化鋁(J.Catal.，86(1984)254)、二氧化硅(J.Catal.，151(1995)111)和活性炭(Appl.Catal.A.Gen.，120(1994)71)等載體上，但是這些載體上的顆粒尺寸和分散程度還沒有達(dá)到理想要求，這對催化劑的性能和利用率有著比較大的影響。將二氧化鈰顆粒作為催化劑負(fù)載在碳納米管的外壁上國內(nèi)外尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種熱學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，分散性好的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒。
本發(fā)明的目的之二是提供一種工藝簡單、成本低、適用于工業(yè)化生產(chǎn)的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒的制備方法。
本發(fā)明提出的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒的制備方法，該方法利用化學(xué)沉積法在碳納米管的外壁上沉積二氧化鈰顆粒，其特征在于，所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)在醇類和水的混合溶劑中，加入碳納米管，攪拌，超聲；(2)在攪拌后的混合溶液中加入濃度為0.01-0.1g/ml的CeCl3溶液(Ce/C的質(zhì)量比為0.2∶1-1.5∶1)，攪拌；
(3)在步驟(2)的溶液中滴加濃度為0.002-0.02g/ml的堿性溶液，直到混合溶液為PH值為11-12；(4)將上述堿性混合溶液攪拌，過濾，烘干得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，100℃-400℃下加熱5-20分鐘。
在上述制備方法中，步驟(1)所述的醇類溶劑為乙醇、甲醇中的任何一種；步驟(1)所述的水溶劑為去離子水、蒸餾水中的任何一種；步驟(3)所述的堿性溶液為NaOH、KOH和氨水溶液中的任何一種；本發(fā)明提出的一種碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒，其特征在于所述二氧化鈰納米顆粒為熱學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，分散性好，平均顆粒尺寸為5nm，二氧化鈰在碳納米管上的覆蓋率為80％以上的二氧化鈰納米顆粒。
利用本發(fā)明的制備方法制備的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒，其TEM圖像顯示在碳納米管上形成了大約20nm厚的顆粒層，顆粒大小為5nm左右，顆粒在碳納米管上的覆蓋率在80％以上。XRD分析表明負(fù)載的顆粒為二氧化鈰納米顆粒，呈類似于CaF2的面心立方結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆?？蓮V泛應(yīng)用于各種催化劑，也可應(yīng)用于其它的功能材料。


圖1a為分散前的碳納米管顯微結(jié)構(gòu)照片。
圖1b為分散后的碳納米管顯微結(jié)構(gòu)照片。
圖2a為本發(fā)明碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒顯微結(jié)構(gòu)照片。
圖2b為本發(fā)明碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒顯微結(jié)構(gòu)照片(b圖箭頭所示二氧化鈰顆粒層的厚度)。
圖3為碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒的X射線衍射圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明本發(fā)明利用化學(xué)沉積法在碳納米管的外壁上沉積尺寸細(xì)小(5nm左右)、連續(xù)且均勻分布的二氧化鈰顆粒，二氧化鈰在碳納米管上的覆蓋率在80％以上。其制備步驟為(1)在醇類(乙醇、甲醇)和水(去離子水、蒸餾水)的混合溶劑(v/v為1∶1)中，加入碳納米管，攪拌和超聲各20分鐘；(2)在攪拌后的混合溶液中加入0.01-0.1g/ml的CeCl3溶液(Ce/C的質(zhì)量比為0.2∶1-1.5∶1)；(3)攪拌片刻后緩慢地滴入濃度為0.002-0.02g/ml的NaOH、KOH和氨水溶液的堿性溶液，直到混合溶液的pH值為11-12；(4)攪拌6h后，過濾烘干后得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，100℃-400℃下加熱5-20分鐘。
實施例1(1)乙醇和蒸餾水的混合溶劑(v/v為1∶1)中，加入碳納米管，攪拌和超聲各20分鐘；(2)在攪拌后的混合溶液中加入0.01g/ml的CeCl3溶液(Ce/C的質(zhì)量比為0.2∶1)；(3)攪拌片刻后緩慢地滴入0.002g/ml的KOH溶液，直到混合溶液的pH值約為11；(4)攪拌6h后，過濾烘干后得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，400℃下加熱5分鐘。
實施例2(1)甲醇和蒸餾水的混合溶劑(v/v為1∶1)中，加入碳納米管，攪拌和超聲各20分鐘；(2)在攪拌后的混合溶液中加入0.05g/ml的CeCl3溶液(Ce/C質(zhì)量比為1∶1)；(3)攪拌片刻后緩慢地滴入0.01g/ml的氨水溶液，直到混合溶液的pH值為11左右；(4)攪拌6h后，過濾烘干后得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，200℃下加熱10min。
實施例3(1)乙醇和去離子水的混合溶劑(v/v為1∶1)中，加入碳納米管，攪拌和超聲各20分鐘；(2)在攪拌后的混合溶液中加入0.1g/ml的CeCl3溶液(Ce/C的質(zhì)量比為1.5∶1)；(3)攪拌片刻后緩慢地滴入0.02g/ml的NaOH溶液，直到混合溶液的pH值為12；(4)攪拌6h后，過濾烘干后得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，100℃下加熱20分鐘。
權(quán)利要求
1.碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒的制備方法，該方法利用化學(xué)沉積法在碳納米管的外壁上沉積二氧化鈰顆粒，其特征在于，所述方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)在醇類和水的混合溶劑中，加入碳納米管，攪拌，超聲；(2)在攪拌后的混合溶液中加入濃度為0.01-0.1g/ml的CeCl3溶液，攪拌；(3)在步驟(2)的溶液中滴加濃度為0.002-0.02g/ml的堿性溶液，直到混合溶液為PH值為11-12；(4)將上述堿性混合溶液攪拌，過濾，烘干得到固體粉末；(5)把固體粉末在空氣中，100℃-400℃下加熱5-20分鐘。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)所述的醇類溶劑為乙醇、甲醇中的任何一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)所述的水溶劑為去離子水、蒸餾水中的任何一種。
4.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的堿性溶液為NaOH、KOH和氨水溶液中的任何一種。
5.一種按照權(quán)利要求1所述制備方法制備的碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒，其特征在于所述二氧化鈰納米顆粒為熱學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，分散性好，平均顆粒尺寸為5nm，在碳納米管上的覆蓋率為80％以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及碳納米管負(fù)載二氧化鈰納米顆粒及其制備方法，屬于碳納米材料加工和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。其特征是首先在醇類和水的混合溶劑中，加入碳納米管，攪拌超聲；在混合溶液中加入濃度為0.01－0.1g/ml的CeCl
文檔編號B01J23/10GK1481932SQ0310980
公開日2004年3月17日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者丁俊, 李延輝, 徐才錄, 朱躍峰, 吳德海, 丁 俊 申請人:清華大學(xué)