阅读说明：本技术 一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法 (Preparation method of copper-cobalt double-doped octahedral cerium dioxide nano material ) 是由 崔康 李旭 周晨曦 于京华 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法,属于纳米材料制备技术领域。在该发明过程中,以超纯水为溶剂,分别配制硝酸铈和十二水合磷酸三钠的水溶液,室温下将硝酸铈的溶液在不断搅拌下,滴加到磷酸钠溶液中,得到的溶液经过高温高压反应得到八面体二氧化铈纳米颗粒；分别配制氯化铜和氯化钴的水溶液,并将两种溶液在室温搅拌下滴加到八面体二氧化铈的水溶液中,再通过高温高压反应得到铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米颗粒。获得的纳米颗粒形貌规整,尺寸均一,在有机溶剂中具有良好的分散性。制备的铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米颗粒在生物传感分析领域具有较好的应用前景。(The invention provides a preparation method of a copper-cobalt double-doped octahedral cerium dioxide nano material, belonging to the technical field of nano material preparation. In the process, ultrapure water is used as a solvent to respectively prepare aqueous solutions of cerium nitrate and trisodium phosphate dodecahydrate, the solution of cerium nitrate is dropwise added into a sodium phosphate solution at room temperature under the condition of continuous stirring, and the obtained solution is subjected to high-temperature high-pressure reaction to obtain octahedral cerium dioxide nanoparticles; respectively preparing aqueous solutions of copper chloride and cobalt chloride, dropwise adding the two solutions into the aqueous solution of octahedral cerium dioxide under the condition of stirring at room temperature, and then carrying out high-temperature high-pressure reaction to obtain the copper-cobalt double-doped octahedral cerium dioxide nanoparticles. The obtained nano-particles have regular appearance, uniform size and good dispersibility in organic solvents. The prepared copper-cobalt double-doped octahedral cerium dioxide nanoparticles have a good application prospect in the field of biosensing analysis.)

一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种以八面体二氧化铈纳米颗粒为模板，在八面体二氧化铈表面掺杂铜钴两种元素的纳米材料的制备，属于纳米材料制备技术领域，特别涉及到一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法。

背景技术

由于稀土元素具有独特的4f结构，其化合物在光、电、磁等领域都得到了广泛的应用，除此之外，利用稀土元素开发出来的新材料也被应用于电子、催化、能源等各个领域。在所有知道的稀土元素中，铈元素是丰度最高且价格最为低廉的。最近几年，二氧化铈稀土材料在国内外各大高端技术产业都得到了极大的应用，需求不断增加。铈元素的化学性质特别，外层电子填充方式为4f¹，5d¹，6s²，所以使得铈元素除了像其它稀土元素一样以正三价和正四价稳定存在，正是由于这种价态的可变性，才使得铈元素所形成的化合物具有非常独特的性质。也正是由于这些独特的物理化学性质，使得二氧化铈纳米材料在临床诊断、食品检测、环境治理以及燃料电池的制备等方面都得到了广泛的应用。如Jongmin RohSun,Hye Hwang, Jyongsik Jang, ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6, 22,19825-19832合成了一种Eu-CeO₂复合材料用于制备染料敏化太阳能电池，该电池的性能得到了很大提高；Hickman等利用微乳液法制备获得3-5 nm的二氧化铈纳米粒子，采用具有生物相容性的二氧化铈作为神经元补充培养物，通过紫外可见光谱，过氧化氢诱导氧化损伤试验和电生理学记录神经元功能保留程度。但由于二氧化铈自身结构的限制，有时其并不能完全满足人们的催化和检测需要。

发明内容

本发明所要解决的是制备一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料。具体是通过水热法先合成八面体二氧化铈纳米颗粒，然后将八面体二氧化铈颗粒溶于超纯水中，将氯化铜和氯化钴的水溶液滴加到二氧化铈的水溶液中再通过高温高压反应将铜钴元素掺杂到八面体二氧化铈表面，最终得到平均颗粒大小约为200 nm的铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米颗粒，本发明所用试剂与设备均价廉易得，材料制备方法简单，反应条件温和，是一种绿色环保的纳米材料制备方法。

本发明的技术方案：

一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料，以八面体二氧化铈纳米颗粒为模板，通过水热法将铜钴元素掺杂到其表面结构中，具有较大比表面积的八面体二氧化铈纳米颗粒，其尺寸约为200 nm，表面具有大量的氧空穴结构，这为铜钴元素的掺杂提供了有效载体环境，掺杂到八面体二氧化铈表面的铜钴两种元素可在提高其催化活性的同时，保留二氧化铈材料自身良好的化学性质，构成铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料。

一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）八面体二氧化铈纳米材料的制备：0.4-0.5 g Ce(NO₃)₃·6H₂O溶解于5-10 mL超纯水中，搅拌形成澄清溶液，将0.007-0.008 g Na₃PO₄·12H₂O溶解于30-40 mL超纯水中，然后在搅拌下将Ce(NO₃)₃的水溶液倒入Na₃PO₄的水溶液，继续搅拌10 min，超声5 min，所得到的混合溶液转移至容量为50 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，将高压釜放入烘箱190 ℃反应20 h，待反应釜自然冷却至室温后，8000 rpm离心10 min收集产物，并用乙醇和水洗涤产物各三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，得到八面体二氧化铈纳米材料；

（2）铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备：将800-1000 mg 八面体CeO₂和200-300 mg 聚乙烯吡咯烷酮溶解在15-20 mL乙二醇中，并在室温下搅拌30 min，然后，将0.5-1.0 mL的20 mg/mL的CuCl₂·2H₂O和0.5-1.0 mL的20 mg/mL的CoCl₂·6H₂O溶液添加至上述溶液，接下来，将混合溶液转移到容量为20 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在160 ℃下加热8 h，反应完成后，将高压釜自然冷却至室温，收集产物并用超纯水洗涤和乙醇分别洗涤三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，然后在300 ℃下以1 ℃/min的速度煅烧1 h，得到产物铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料, 铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征如附图1和附图2所示。

本发明的有益效果：

（1） 一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备，材料制备方法操作简单，反应条件温和，是一种绿色环保的纳米材料合成方法。

（2） 铜、钴元素的掺杂，可极大改善二氧化铈的形貌和电催化活性。

（3）铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料在生物传感领域具有良好的应用前景。

附图说明：

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步详细描述：

附图1是铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的扫描电子显微镜图（SEM）；

附图2是铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的X射线能谱图（EDS）。

具体实施方式

一种铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）八面体二氧化铈纳米材料的制备：0.434 g Ce(NO₃)₃·6H₂O溶解于5 mL超纯水中，搅拌形成澄清溶液，将0.0076 g Na₃PO₄·12H₂O溶解于35 mL超纯水中，然后在搅拌下将Ce(NO₃)₃的水溶液倒入Na₃PO₄的水溶液，继续搅拌10 min，超声5 min，所得到的混合溶液转移至容量为50 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，将高压釜放入烘箱190 ℃反应20 h，待反应釜自然冷却至室温后，8000 rpm离心10 min收集产物，并用乙醇和水洗涤产物各三次，最后，将产物在60 °C下干燥过夜，得到八面体二氧化铈纳米材料；

（2）铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料的制备：将800 mg 八面体CeO₂和200 mg 聚乙烯吡咯烷酮溶解在15 mL乙二醇中，并在室温下搅拌30 min，然后，将0.5 mL的20 mg/mL的CuCl₂·2H₂O和0.5 mL的20 mg/mL的CoCl₂·6H₂O溶液添加至上述溶液，接下来，将混合溶液转移到容量为20 mL的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，并在160 ℃下加热8 h，反应完成后，将高压釜自然冷却至室温，收集产物并用超纯水洗涤和乙醇分别洗涤三次，最后，将产物在60 ℃下干燥过夜，然后在300 ℃下以1 ℃/min的速度煅烧1 h，得到产物铜钴双掺杂八面体二氧化铈纳米材料。