稀土鈰、鑭、釹納米氧化物的電化學(xué)合成與表征.pdf

1、稀土金屬氧化物由于其可再生，不腐蝕設(shè)備等特殊的性質(zhì)，已經(jīng)應(yīng)用于諸如陶瓷工業(yè)，催化劑及催化劑載體等領(lǐng)域。隨著稀土金屬氧化物的廣泛應(yīng)用，其制備方法的研究也備受人們的關(guān)注。 本文簡(jiǎn)要介紹了我國稀土資源和國內(nèi)外納米稀土氧化物的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析對(duì)比納米CeO<,2>、La<,2>O<,3>、Nd<,2>O<,3>的制備方法，并討論了稀土鈰、鑭、釹氧化物的電合成法制備。重點(diǎn)研究稀土氧化物的單室電解合成，即在單室電解槽內(nèi)，選擇不同的電解液體系，

2、通入直流電，控制恒定的電流密度電解，電極表面發(fā)生的電解反應(yīng)或消耗溶液中的H<'+>或電解產(chǎn)生OH<'->，致使發(fā)生的反應(yīng)造成電極表面電解液的pH值升高，從而生成氫氧化物或水合氧化物。同時(shí)，討論了電解合成機(jī)理，并引入電極-溶液界面區(qū)及電化學(xué)反應(yīng)模型，幫助理解電解合成過程。由于溶液pH值的變化在一定程度上能夠體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的程度，因此檢測(cè)溶液pH值隨著電解時(shí)間的變化可以幫助理解反應(yīng)機(jī)理。 通過X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)

3、、掃描電鏡(sEM)、熱重-差熱(TG-DTA)及紅外光譜(FF-IR)等手段對(duì)實(shí)驗(yàn)所制備的納米稀土氧化物進(jìn)行表征。結(jié)果如下： 1．單室電解CeCl<,3>溶液得到的CeO<,2>粉體基本呈球形，粒徑約為20-50 nm，提出電解氯氣氧化機(jī)理。另外以Ce(NO<,3>)<,3>、CeCl<,3>-ki溶液為電解液?jiǎn)问译娊?，分別得到了粒徑為30-50 nm，20-100 nm納米CeO<,2>粉體。同時(shí)，使用雙室法電解CeCl<,

4、3>溶液，得到的CeO<,2>粒徑較小為7-20 nm，并與單室電解CeCl<,3>溶液得到的CeO<,2>進(jìn)行比較，從各種影響因素討論了雙室法造成粒徑較小的原因。 本文也討論了添加劑對(duì)CeO<,2>粉體粒徑的影響：在加入乙醇-乙酰丙酮溶液的CeCl<,3>電解液體系中，得到了10-30 nm的CeO<,2>球形粉體，通過FT-IR表征確定了前驅(qū)體中乙酰丙酮基的存在。在使用SDS(十二烷基硫酸鈉)時(shí)，可得到10 nm左右的CeO

5、<,2>納米粒子。添加乙二醇與聚乙二醇的混合液對(duì)CeO<,2>粒子的形貌影響較大，粒子呈片狀。 2．分別以La(NO<,3>)<,3>及LaCl<,3>溶液為電解液，單室直流電解，得到的沉淀分別于650℃焙燒得到直徑約為20 nm長(zhǎng)度約為350 nm的La<,2>O<,3>納米棒、粒徑為15-30nm的球形LaOCl顆粒；于800℃焙燒分別得到直徑約為30 nm長(zhǎng)度約170 nm的La<,2>O<,3>納米棒、粒徑為20-45

6、 nm的球形LaOCl顆粒。使用La(NO<,3>)<,3>溶液電解得到的前驅(qū)體于650℃焙燒得到的衍射峰，經(jīng)檢索是La<,2>O<,3>與La<,2>CO<,5>的混合衍射峰。另外，分析了La<,2>O<,3>及LaOCl的形成機(jī)理，使用XRD、TG-DTA、pH值等數(shù)據(jù)幫助理解反應(yīng)過程，提出單室電解制備LaOCl的反應(yīng)機(jī)理。 3．使用陰離子膜，雙室電解NdCl<,3>溶液，隨著電解的進(jìn)行溶液pH值升高，Nd<'3+>轉(zhuǎn)化為N