【正文】 去樣品中殘留的 K+和有機(jī)殘留物，反復(fù)洗 23 次后烘干收集樣品。 樣品分析： 呈乳白色溶液時(shí)表明溶液中粒子已經(jīng)團(tuán)聚， 反應(yīng)時(shí)生成大量的氣體并產(chǎn)生了較多的黑色有機(jī)殘留物。 同時(shí)，還設(shè)計(jì)并進(jìn)行了同組還原劑的實(shí)驗(yàn)的加熱溫度、反應(yīng)溫度和 pH 的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 23 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3 結(jié)果與討論 二氧化鈰的影響因素 還原劑結(jié)構(gòu)的影響 燃燒劑中的碳鏈長(zhǎng)短以及 羥基 的數(shù)目對(duì)二氧化 鈰 的晶粒大小調(diào)控具有很重要的作用 。 碳鏈長(zhǎng)有利于二氧化 鈰 顆粒的前驅(qū)體的相互隔離而有效阻止二氧化 鈰 晶粒的長(zhǎng)大 。 燃燒劑中 羥 基的數(shù)目越多 ， 燃燒劑對(duì) Ce3+的絡(luò)合作用增強(qiáng) ， 可以使溶液中鈰 離子高度分散從而可以有效阻止粒子的長(zhǎng)大 及團(tuán)聚， 另一方面是由于隨著燃燒劑碳鏈的增長(zhǎng) ， 燃燒時(shí)放出的氣體增多阻止了 CeO2的團(tuán)聚 。圖 ， b， c 分別為丙三醇、三乙醇胺和三異丙醇胺的結(jié)構(gòu)式： 圖 丙三醇的結(jié)構(gòu)式 圖 三乙醇胺 的結(jié)構(gòu)式 圖 三異丙醇胺 的結(jié)構(gòu)式 反應(yīng)溫度的影響 分別考察了 三 個(gè)不同的反應(yīng)溫度 (60， 70， 80℃ )下 ， 溶膠的成膠性能及最終所得二氧化鈰的形態(tài) 如表 所示 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知 ， 在 70℃ 下 ， 溶膠的成膠性能良好 ， 且最終都可得均勻分散的二氧化鈰納米粒子 ； 80℃ 下雖然也能成膠 ， 但最終所得二氧化鈰納米粒子分散不如低溫下均勻。故 70℃ 為最佳反應(yīng)溫度。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 24 頁(yè) 共 31 頁(yè) 表 不同反應(yīng)溫度下的溶膠 性能 反應(yīng)溫度 /℃ 成膠狀態(tài) 60 外殼呈微黃色 ,內(nèi)部呈白色 ,膨脹較小 ,形成較疏松的多孔蜂巢狀網(wǎng)絡(luò) 70 外殼呈淺黃色 ,內(nèi)部黃色比外殼淺 ,表面略有光澤 ,膨脹較大 ,形成疏松的多孔蜂巢狀網(wǎng)絡(luò) 80 外殼深黃色 ,內(nèi)部淺黃色 ,膨脹較小 ,最終形成薄片狀的纖維網(wǎng)絡(luò) 圖 60℃時(shí)的 CeO2 凝膠烘干溫度的影響 從實(shí)驗(yàn) 可以看出 ， 80℃ 緩慢烘干得到的干凝膠較為致密 ， 而 110℃ 快速烘干得到的干凝膠 ， 則具有較為疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這可能是因?yàn)榈蜏睾娓蓵r(shí)水分緩慢蒸發(fā) ，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的氣孔不會(huì)因水分 的排出而擴(kuò)大 ； 高溫烘干時(shí) ， 水分迅速蒸發(fā) ， 瞬時(shí)排出大量的水分 ， 使凝膠形成疏松的結(jié)構(gòu)。 110℃ 下烘干 3 h得到的結(jié)構(gòu)比較理想。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 25 頁(yè) 共 31 頁(yè) 表 凝膠在不同溫度烘干下的狀態(tài) 烘干溫度 /℃ 時(shí)間 /h 凝膠狀態(tài) 80 5 凝膠 的 膨脹 比 較小 , 結(jié)構(gòu)比 較致密 110 3 凝膠 較為膨脹， 有極疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) pH 的影響 溶液的 pH 值對(duì) CeO2納米粉體也有重要的影響 。 可能在高 pH 值環(huán)境下形成了Ce(OH)3分子簇 ， 在 丙三 醇的保護(hù)下阻止了分子簇的聚集 ， 因而導(dǎo)致了高 pH 值環(huán)境下得到的 CeO2晶粒較小 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，溶液的 pH 的影響如表 所示 表 各還原劑下的 pH 對(duì)比 還原劑 pH 凝膠狀態(tài) 丙三醇 7 透明均相的凝膠溶液，得到的CeO2較蓬松，無(wú)明顯積碳現(xiàn)象 三乙醇胺 4 透明均相溶液，有少部分晶體析出，生成的 CeO2 時(shí)產(chǎn)生大量積碳 三異丙醇胺 5 透明均相溶液，有少部分晶體析出，生成 蓬松的 CeO2 時(shí)產(chǎn)生大量積碳。 二氧化鈰表征分析 X射線(xiàn)衍射分析（ XRD） 為了研究 CeO2的結(jié)晶情況和物相組成 ， 我們對(duì)樣品進(jìn)行了 XRD 分析 ， 結(jié)果如圖 所示 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè) 10 20 30 40 50 60 70 80 Intensity (a.u.)2 T h e t a (d e g re e ) 圖 CeO2粉體的 XRD 圖 掃描范圍 2θ=10176。80176。對(duì)樣品的 XRD圖分析可知， 樣 品 的尖銳峰值在 2θ=176。（ 強(qiáng)度 1630） ， 176。（ 強(qiáng)度 454） ， 176。（ 強(qiáng)度 784） ， 176。（ 強(qiáng)度 627） ， 是 CeO2面心立方 的 晶格 結(jié)構(gòu) 。 掃描電鏡（ SEM） 為了觀(guān)察 CeO2 納米粉體的形貌 ， 我們還利用 SEM 對(duì)樣品進(jìn)行了表征 ， 如圖 所示 。 圖 CeO2粉體的 SEM 圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè) 通過(guò)掃描電鏡 SEM 對(duì) CeO2粉體進(jìn)行了表征，可以看出 CeO2粒子大概在 50nm范圍 內(nèi)， 屬于納米級(jí)粉體 .有部分粒子產(chǎn)生 了 團(tuán)聚現(xiàn)象 ，可能是由于燃燒時(shí)有機(jī)物產(chǎn)生了積碳現(xiàn)象，而 大部分 粒子 為疏松的顆粒狀 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè) 4 結(jié)論 本文采用 水凝膠燃燒法 制備 納米 CeO2粉體 ， 選擇合適的還原劑， 確定了最佳工藝，并對(duì)最佳工藝下的樣品進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)表征。主要結(jié)論如下： (1) 水凝膠燃燒法 的最終優(yōu)化工藝為： 以六水硝酸亞鈰作為前驅(qū)體鹽和氧化劑，以丙三醇作為還原劑按照 1:2的配比溶于去離子水中形成均勻的溶液 ， 并將溶液pH調(diào)節(jié)為 7， 并 加入少量甘氨酸作為緩沖劑阻止 pH變化 ， 在 溫度 70℃ 的水浴加熱 h， 放入 110℃ 烘箱中烘干， 最終 在坩堝中燃燒制得的 CeO2粉末為 黃色 。 (2) 若提高溶液的 pH值 ，會(huì)減少 CeO2粒子的團(tuán)聚 ，得到的 CeO2晶粒更小，并 使 反應(yīng) 效果更加明顯。 (3) 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，多 羥 基化合物可以用作合成納米 CeO2的燃燒劑，其在合成中的作用主要有兩個(gè)：一方面在溶液中與 Ce3+絡(luò)合，能與分子水平結(jié)合從而保證產(chǎn)物是分散性好的納米粒子，另一方面在燃燒過(guò)程中充當(dāng)還原劑與硝酸亞 鈰 發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成 CeO2。 (4) 制備納米 CeO2時(shí)，干凝膠燃燒快速，并 放出 氮?dú)?、二氧化碳?氣體 ， 而在爐底部收集納米粉體 ，這種方法無(wú)毒、 無(wú)污染， 能有效地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 。這種方 法還可以應(yīng)用到 其他氧化物 的制備， 尤其是復(fù)合氧化 物的合成。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 29 頁(yè) 共 31 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 張立德 . 納米材料和納米結(jié)構(gòu) [M]. 北京科學(xué)出版社 , 2020:12. 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