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稀土纳米氧化物不仅具有纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,还具有稀土元素的4f电子结构、大的原子磁矩和很强的自旋轨道耦合等特性,能够广泛应用于光学材料、磁学材料、介电材料、吸附材料和化学工艺等方面。
二氧化铈(CeO2)是稀土氧化物中活性较高、用途极广的一种材料,因为其具有较为独特的晶体结构、较高的机械强度和热力学稳定性,较高的储氧能力(OSC)和释放氧的能力、较强的氧化.还原(ce3+/Ce4+)能力,在很多领域都有广泛的应用。
目前,国内外研究者对纳米二氧化铈的制备展开了广泛的研究。但各种方法均存在合成条件复杂、不易控制形貌等问题。本文采用电化学沉积的方法在水体系中成功地制备了一维CeO2纳米带、纳米棒;以及二维多孔CeO2纳米材料。这种方法设备简单,易于操作,反应速度快,反应条件温和,为CeO2的合成提供了一种新的途径。
本文还研究了不同基底、支持电解质(添加剂)及其浓度、Ce(NO3)3的浓度、电流密度和反应温度对CeO2纳米材料生长的影响,探讨了CeO2纳米带及多孔CeO2纳米材料的生长机理。
结果表明,以Cu作为基底,在0.005 mol·L-1Ce(NO3)3水溶液中,用NH4NO3作为支持电解质(浓度为0.1 mol·L-1),控制电流密度为1.0 mA·cm-2,温度为室温时,电沉积制备的CeO2纳米带厚度约为1O nm,表面光滑,属于单晶结构;Ce(NO3)3的浓度增加至0.01 mol·L-1,加入尿素作为添加剂(0.1 mol·L-1),得到的沉积物为一维枝状空心多晶纳米棒。在0.005 mol·L-1Ce(NO3)3和O.1mol·L-1LiClO4溶液中,电流密度为0.5 mA-cm-2的条件下,电沉积可以制备多孔CeO2纳米结构;保持其它条件不变,提高Ce(NO3)3的浓度到0.02 mol·L-1,组成多孔结构的连接孔道分成许多薄层纳米墙,大孔的数目变少,孔径也变小。整个沉积制备多孔,层状CeO2纳米材料的过程,反应产生的气泡起一个动力学模板的作用。XRD分析表明,上述制备的CeO2纳米结构均属面心立方晶系。对其进行磁性测试,发现温度为5 K时,以上纳米结构的ceO2剩余磁感应强度和矫顽力均比室温下大得多。