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本研究以Ce(NO3)3·6H2O(分析纯)、Pr6O11(分析纯)为主要原料,采用OP-乳化剂/正戊醇/环己烷W/O型微乳液体系制备了Ce1-xPrxO2粉体。研究了OP-乳化剂/正戊醇/环己烷体系中W/O型微乳液存在的稳定区域;温度、油相含量对微乳液体系最大增溶水量的影响;增溶水量对微乳液体系电导率的影响;以及热处理条件、不同沉淀剂和Pr掺杂量对Ce1-xPrO2粉体制备的影响。
采用TG-DSC、FTIR、XRD、FE-SEM、EDS、Raman光谱、CIE色差计等测试方法对产物的热行为、成分、晶体结构、晶粒尺寸、颗粒形貌、氧空位浓度以及样品的颜色等进行表征。
对微乳液体系的研究结果表明:对于OP-乳化剂/正戊醇/环己烷微乳液体系,随着温度的增加,20℃时微乳液体系的增溶水量达最大值(34.1%):之后随着温度的升高,增溶水量下降。当油相与混合乳化剂含量的比值为1.6时,增溶水量达最大值(33.3%);但随着油相含量进一步增加,增溶水量再次下降。在OP-乳化剂:正戊醇:环己烷=10:15:24(质量比)微乳液体系中,当水含量为0~16%时,体系的电导率增加幅度很小,该区域为W/O型区域。其中水含量为16%为W/O型微乳液的最大增溶水量。
在不同的热处理条件下,400℃煅烧所得的粉体的晶体发育不完全,且该温度下样品中仍有部分未分解的有机物存在。随着煅烧温度和保温时间的增加,粉体的晶化程度进一步加强,晶粒尺寸和红度值不断增大。制备的Ce1-xPrxO2晶体结构均为萤石型结构,样品煅烧前后的颗粒形貌均为层、片状结构。但前驱物的颗粒两层紧贴,存在交叉生长的现象;而煅烧后的两层间发生分裂,交叉生长现象不明显。说明温度和保温时间对晶体结构和生长习性几乎没有影响,但对晶粒尺寸、颗粒形貌和颜色有一定的影响。元素分析(EDS)结果表明,形成的固溶体中确有Pr元素存在,说明Pr进入了CeO2晶格中。
在Pr掺杂量0.05~0.09的变化范围内,制备的Ce1-xPrxO2晶体为单一的萤石型结构。随着Pr含量的增加,晶粒尺寸减小。Raman光谱的分析结果表明:随Pr含量的增加,粉体的拉曼峰位依次向低频率处偏移,551.40cm-1左右的氧空位产生的谱峰的强度也增加,氧空位浓度增大。Pr含量为0.05时,红度值a*最大,样品的呈色性能最佳。
分别采用草酸和氨水为沉淀剂制备Ce1-xPrxO2粉体。以草酸和氨水为沉淀剂所得的最终产物其平均晶粒尺寸几乎相同(均为31.3nm),但以草酸作为沉淀剂制备的粉体的晶体生长发育较为完整,粉体颗粒呈长片、层状形貌;而以氨水作为沉淀剂制备出的粉体颗粒分布不均匀,形貌不规则。