不同形貌纳米CeO2的制备最新研究进展

CeO2是一种用途极广的稀土材料,可广泛应用于多种研究领域。纳米CeO2具有特殊的性质及应用。因此,纳米CeO2的制备、功能特性和应用研究成为研究的热点之一。综述了不同形貌纳米CeO2制备方法的最新研究进展,着重介绍了CeO2纳米颗粒、纳米棒、纳米管、纳米纤维以及一些特殊形貌纳米CeO2的制备方法和应用前景,并对今后纳米CeO2的研究方向进行了展望。     

不同形貌纳米SnO2的可控合成及催化发光传感器

本文以碳纳米管(CNT)为模板、采用液相沉积法、通过改变煅烧温度可控合成了SnO2-CNT复合纳米材料、SnO2纳米棒、SnO2纳米粒子等3种形貌的SnO2纳米材料,研究了3种形貌的SnO2纳米材料对乙酸乙酯催化发光的影响;通过考察3种不同形貌SnO2纳米材料的纳米尺度和结构,讨论了影响纳米材料催化发光特性的因素;研究了3种不同形貌SnO2纳米材料对乙酸乙酯催化发光图谱和强度的变化,建立了3种新型、高效的不同形貌纳米催化发光传感器。     

从头开始理解形貌依赖的CuOx-CeO2相互作用

CuOx/CeO2催化剂在CO氧化反应中表现出高催化活性和显著结构敏感性.文献报道中CuOx/CeO2催化剂体系的合成条件差异较大,从而导致观察到的CuOx-CeO2相互作用存在较大争议.因此,系统研究并阐明CuOx/CeO2催化剂中CuOx-CeO2相互作用对于理解复杂的CuOx-CeO2界面催化作用具有重要的研究意义.近期发现,氧化物纳米晶的形貌可作为一种新的结构参数,在不改变氧化物催化剂组成的条件下实现其结构和性能的调控.本文以不同形貌CeO2纳米晶为载体,包括优先暴露{110}+{100}晶面的CeO2纳米棒、优先暴露{100}晶面的CeO2纳米立方体和优先暴露{111}晶面的CeO2纳米多面体,采用等体积浸渍方法合成了Cu担载量为0.025%~5%的CuOx/CeO2纳米晶催化剂,结合谱学和电镜表征方法,以及CO吸附原位红外光谱,系统研究了CuOx物种在不同形貌CeO2纳米晶上的结构演化及其催化CO氧化的构-效关系.结构表征结果表明, CuOx物种结构不仅依赖于Cu的担载量,也依赖于载体CeO2的形貌.随着Cu担载量的增加, CuOx物种优先沉积在CeO2的表面缺陷位,然后聚集和长大;同时伴随着CuOx物种从孤立Cu离子到与载体强/弱相互作用的CuOx团簇,高分散Cu O颗粒和大尺寸Cu O颗粒.孤立Cu^+离子和与载体弱相互作用CuOx团簇主要形成于CeO2纳米立方体的表面,这可能与CeO2纳米立方体暴露的氧终止CeO2{100}晶面相关.CO吸附原位红外结果表明, CuOx团簇与不同CeO2表面相互作用的强度顺序为:CeO2纳米棒暴露的{110}面>CeO2纳米多面体暴露的{111}面>CeO2纳米立方体暴露的{100}面.CeO2纳米立方体与Cu2+离子间相互作用弱于与Cu^+之间的,因此CeO2纳米立方体负载的CuOx物种在CO还原过程中容易停留在稳定的Cu^+中间物种;而CeO2纳米棒与Cu2+离子之间的相互作用强于与Cu^+之间的相互作用,因此CeO2纳米棒负载的CuOx物种在CO还原过程中容易形成金属铜.因此CO吸附原位红外光谱观察到CeO2纳米立方体负载CuOx催化剂中吸附在Cu^+的CO物种远远多于CeO2纳米棒负载CuOx催化剂.CO氧化反应结果表明, CuOx/CeO2催化剂表现出同时依赖于CuOx物种结构和CeO2形貌的结构敏感性.CuOx/CeO2催化剂活性表现出与CuOx/CeO2催化剂的CO还原性能的正相关性,说明中CuOx/CeO2催化CO氧化反应遵循Mv K反应机理.这些结果系统地关联了CeO2形貌, CuOx-CeO2相互作用, CuOx物种结构和CeO2还原性能, CuOx/CeO2催化CO氧化反应活性.     

粒径可控纳米CeO_2的微乳液法合成

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/正丁醇/正辛烷/硝酸铈(Ce(NO3)3)水溶液(氨水)所形成的反相微乳液体系合成CeO2前驱体,利用热重(TG)和X射线衍射(XRD)分析方法确定了得到纳米CeO2的适宜焙烧温度为550℃,CeO2前驱体经550℃焙烧后得到纳米CeO2.采用XRD、透射电镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等表征手段分别对纳米CeO2的晶形、形貌、粒径及紫外吸收性质进行了表征,该纳米CeO2粒子具有立方晶型结构,分散性较好、粒径范围为5-18nm.考察了微乳液中正辛烷与正丁醇质量比、Ce(NO3)3浓度对纳米CeO2粒径的影响,结果表明:利用微乳液法,通过改变微乳液中正辛烷与正丁醇质量比、Ce(NO3)3浓度能够对纳米CeO2粒径进行有效控制;纳米CeO2的粒径均随着正辛烷与正丁醇质量比和Ce(NO3)3浓度的增大而减小.同时,对不同条件下制得的纳米CeO2的紫外吸收性质进行了考察.     

蛋清蛋白辅助水热法制备CeO_2纳米棒及其发光性能

本文以氯化铈和氢氧化钠为反应原料,以新鲜蛋清为络合剂,探索在水热体系中制备CeO2纳米棒。通过XRD、FESEM等测试手段对其进行了结构和形貌分析;应用荧光光谱法对样品的发光性能进行了测试。XRD结果表明,实验所得产物为立方萤石结构CeO2。FESEM分析可知,所得CeO2纳米棒为规则六方柱结构,其长度约为200 nm、直径约为几十纳米。荧光光谱分析可知其在紫蓝色发光区具有较强的发光性能。     

卟啉纳米材料制备及在可视化传感器中的应用

在水/油体系中,利用表面活性剂辅助自组装制备出5,10,15,20-四苯基卟啉锌(ZnTPP)和5,10,15,20-四苯基卟啉钴(CoTPP)纳米材料,改变陈化时间制备多种形貌卟啉纳米材料,如纳米球、纳米棒和纳米片等。利用紫外-可见光谱和荧光光谱分析两种卟啉纳米材料的光学性质,ZnTPP纳米材料的荧光强度是其单体的4.5倍,具有良好光敏性。基于两种卟啉纳米材料构建可视化阵列芯片对挥发性气体己醛检测,卟啉纳米的响应度是它们单体的2倍。     

CO氧化反应中的二氧化铈晶面效应

二氧化铈(CeO2)因其具有较强的储放氧能力,被用作氧化还原反应的催化材料.自2005年,研究者制备出形貌可控的CeO2纳米棒、纳米立方块和纳米多面体,在CeO2形貌控制及构效关系研究方面取得长足发展.各种结构表征手段包括原位拉曼(in situ Raman)、原位傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)、核磁共振(NMR)和电镜等被用来研究不同形貌CeO2的表面结构和在催化反应中的活性差异.一般的活性规律为CeO2纳米棒({110}/{100})>纳米立方块({100})>纳米多面体({111}/{100}).近年来,负载型CeO2催化剂因其能稳定分散金属,通过金属-载体相互作用调控界面电子结构并表现出优异的催化活性而引起广泛关注,其中晶面效应在负载型CeO2催化体系中显得较为复杂.铜铈催化剂被认为是非常经济有效的CO氧化催化剂,然而由于制备和测试条件差异导致的CeO2晶面对铜铈催化剂催化CO氧化活性的影响规律并不统一.我们之前的研究工作发现纳米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce结构不利于形成Cu((40)),而纳米颗粒CeO2-{111}晶面上的CuOx团簇很容易形成Cu((40)),从而对CO催化氧化极为有利,这与纯载体CeO2的规律并不一致.与此同时,对于铜负载的CeO2纳米棒(NR)及纳米立方体(NC)所体现的性质及活性差异缺少系统深入的研究.在上述工作基础上,我们采用沉积沉淀法在CeO2 NR及CeO2 NC上负载1%wt的铜分别得到1Cu CeNR和1Cu CeNC,并对所合成催化剂的结构和吸附性能进行了表征.高分辨透射电镜(HRTEM)照片显示,CeO2纳米棒主要暴露{110}晶面,而CeO2纳米立方体以{100}晶面为主.催化测试结果表明,1Cu CeNC在130℃时CO已完全转化为CO2,而相同温度下1Cu Ce NR只有50%转化.进一步通过氢气程序升温还原(H2-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)分析发现, 1Cu Ce NC催化剂具有较强的还原性且表面氧物种含量高.此外, X射线光电子能谱(XPS)和in situ DRIFTS研究表明, 1Cu Ce NC促进Cu((40))位点生成,导致活性Cu((40))-CO物种增多,这些优异的化学性质导致其具有较高的催化CO氧化活性.     

基于纳米SnO2材料的二维纳米催化发光传感器研制及其测定甲基叔丁基醚的应用

以碳纳米管(CNT)为模板,采用液相沉积法可控合成了SnO2-CNT复合纳米材料、SnO2纳米棒两种形貌的SnO2纳米材料,研究了它们对甲醇、MTBE催化发光的影响.通过考察两种不同形貌SnO2纳米材料的结构、比表面积与其催化发光的关系,建立了一种二维纳米催化发光传感器,并测定了MTBE产品的纯度和其中的甲醇含量,甲醇...     

在表面活性剂溶液中制备不同形貌的芘纳米材料

利用水溶液中表面活性剂分子和有机小分子间的相互作用,成功地制备了具有不同形貌的芘纳米颗粒和纳米棒.对其进行吸收光谱和荧光光谱等光物理行为的研究发现,不同形貌的纳米材料展现出不同的光学性质.同时对纳米材料的形成机制做了初步的分析和讨论.     

微波热解法制备Cu/Cu2O纳米材料

在二乙二醇溶剂体系中利用微波介电加热分解醋酸铜前体,进一步还原得到Cu2O和Cu纳米粒子以及Cu/Cu2O核壳结构。 采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和紫外吸收光谱测试技术对产物的形貌、结构和组成进行了研究,结果表明,得到的Cu/Cu2O核壳结构直径为500 nm左右。 对比实验研究了不同聚合度乙二醇系列溶剂、反应时间以及表面活性剂或配位剂对产物形貌、组成的影响,表明低聚合度乙二醇和长的反应时间有利于醋酸铜还原形成铜。