爆轰法合成纳米氧化铈的性能表征(2)

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稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其它金属元素活泼。本文研究的铈就是稀土元素中轻稀土元素的一种。铈在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。我国的稀土工业储量为4300（以REO计），居全球之首[1]。我国的二氧化铈产品主要国外市场为主。随着经济全球化的发展，二氧化铈的需求量也会越来越多，它在人们的生活中扮演者越来越重要的角色。

稀土氧化物CeO2作为一种价格低廉的材料，已经被广泛的应用于发光材料、抛光粉、紫外线吸收[2-3]、燃料电池、汽车尾气净化催化、电子陶瓷、耐腐蚀玻璃、有机废水催化氧化等多个领域，在科技日新月异的当今社会具有极大的发展潜力。

除上述纳米二氧化铈的用途外，近期在纳米二氧化铈的应用方面有了更进一步的研究，顾卓明[4]通过研究表明，添加了适当的纳米二氧化铈粉末的润滑油具备优良的减摩和抗摩作用。在刘进森[5]的硕士论文中，对纳米二氧化铈在医疗和医药方面所具备的潜在价值做了探索研究。而谢修伟[6]的研究表明，将纳米二氧化铈添加到环保型的水性环氧树脂涂料中分散，会使得涂料在耐盐、耐酸、耐碱及耐低温方面具有一定的优越性。

同时，纳米化的CeO2由于其精细的结构而又具有了更高的研究价值和应用价值。纳米CeO2的合成方法及其性能表征方法也成为当今学术界一直在探索的问题。本课题针对以上问题的探索而选用了爆轰法进行纳米CeO2的合成，并对合成的纳米氧化铈进行性能表征。

纳米粒子在国际上已被作为第四代催化剂，而纳米氧化铈是将传统氧化铈与纳米材料的优点相结合的一种新型材料。国内外的科学工作者在不同的领域内对纳米氧化铈进行了广泛的应用。同时，学者们在纳米氧化铈合成的方法、合成后的纳米氧化铈的形貌控制[7]、及不同形貌的纳米氧化铈功能的适用性等方面取得了不同的进展。

1.2 课题研究背景简介

非纳米氧化铈中比较常见的有两种，一种是小颗粒氧化铈。氧化铈在工业生产中通常采用的合成方法是草酸沉淀法，利用这种方法所制备的氧化铈具有良好的纯度且很容易过滤，但是由于沉淀体系的高酸度，因此很难得到3微米以下的小颗粒氧化铈。为了得到更微小的氧化铈颗粒，就必须对其团聚过程进行控制，从而得到小颗粒氧化铈。这个过程的控制需要在草酸沉淀制备氧化铈的过程中，调节PH值，同时采用不同的沉淀剂和添加分散剂使中间产物草酸铈铵充分分散，最后经过焙烧得到分散良好的氧化铈[8]。而另一种则是超细氧化铈。随着现代科技的发展，应用部门对超细粉体的性能要求也越来越苛刻。在许多情况下，粒度细、比表面积大是其基本的要求，更为严格的要求包括颗粒的外形和粒径均匀性两方面。采用机械化学反应制备单分散球形超细氧化铈，辜子英[9]与前人提出的机械化学合成法不同的是，改用湿法球磨（或称湿固相化学反应法）来制备超细氧化铈。此方法易操作，具有对原料和过程控制要求不苛刻的优点，便于在工业上应用。

但是对纳米二氧化铈的研究仍还处于探索阶段[10]，距其推广应用还有很长的路要走。在制备方面其研究主要方向为——寻找一种低成本的，工艺简单的方法，获得品质优良的纳米二氧化铈晶体。

对于纳米氧化铈的形貌研究，大量的科研工作者做了大量的工作，下面就是一些关于纳米氧化铈的形貌方面的研究方向中的不同形貌形成方式：以柠檬酸为螯合剂，CTAB为模板剂，利用改进的溶剂挥发诱导自组装（EISA）方法合成高比表面积的介孔CeO2。在介孔CeO2合成过程中煅烧温度升高，比表面积减小，介孔逐渐遭到破坏，催化活性降低；以乙酸铈为无机源，P123（或P127）嵌段共聚物为模板剂，利用溶剂挥发诱导自组装的方法合成了孔壁晶粒高度定向排列的介孔介晶；在水热条件下以硝酸铈和六次甲基四胺（HMT）为原料合成了棱柱状姓毛的介晶CeO2；以自制碳球为模板。HMT为沉淀剂，通过层层自组装制得CeO2/碳球复合材料；以嵌段共聚物P123为表面活性剂，水热合成了管径约为20nm左右，长度为500nm-1μm的CeO2纳米管；以改性的天然凹凸棒为模板合成了管径为20-40nm的CeO2纳米管[11]。当然，上述这六种形貌之外还有其的形貌，不同的纳米氧化铈的形貌可以在不同的领域中发挥不同的功能