0引言
近年來二氧化鈰獨特的物理化學性質激起了科學家們濃厚的研究興趣。作為最具活性的金屬氧化物之一，納米氧化鈰在許多領域都有著非常重要的應用，如生物領域、拋光材料、三效催化劑、氧傳感器、固體燃料電池和紫外線屏蔽劑等領域[1-3].目前，合成納米氧化鈰的方法有許多種，例如水熱法、沉淀法、溶膠-凝膠法等等[4].其中水熱法因具有一步合成、溫度低、操作簡單、能量消耗低且有可能大規模工業化生產等優點而越來越受人們青睞[5].
對于納米結構的氧化鈰材料來講，除了納米尺寸效應導致的一些顯著的性質變化之外，二氧化鈰的性質隨著形貌、形狀及暴露的晶面的不同也會產生很大的差異[6].因此，在過去十年研究者們投入了大量的努力去探討納米氧化鈰形貌可控合成。到目前為止，人們已經成功地可控合成具有特殊形貌的納米二氧化鈰或者氧化鈰基材料，如納米顆粒、納米線、中空球形、納米立方塊、花束形和其他混合結構[7-11].在所有的氧化鈰形貌中，1D納米氧化鈰因具有優異的性能而備受人們關注。本文利用水熱法制備了氧化鈰納米桿，利用透射電子顯微鏡和掃描電鏡等對其微觀結構進行表征。另外，檢測了所制備的氧化鈰納米桿的紫外線吸收性能，為功能納米材料的實用化提供一定的理論基礎。
1實驗
1.1合成
取1mol的Ce（Ac）3·nH2O和0.01mol的Na2HPO4溶于40mL的去離子水中，在磁力攪拌下反應15min.然后將混合溶液轉移至50mL高壓反應釜中，在230℃條件下反應24h,待反應釜冷卻至室溫后，分別用蒸餾水和無水乙醇將制備的白色沉淀離心過濾，去除多余的離子，最后在60℃的溫度下烘干得到氧化鈰納米桿。
1.2表征
采用X射線衍射儀（XRD）（RigakuD/Max-1200X型）分析樣品的物相，實驗條件：CuKα射線，電壓30kV,電流100mA,掃描范圍2θ為25-80°；采用掃描電子顯微鏡（SEM）（HitachiSU8000）觀察樣品的形貌；采用200kV場發射透射電子顯微鏡（TEM）（日立JEM-2010F）分析樣品的晶體結構；采用UV-vis分光光度計測試納米氧化鈰的紫外線屏蔽性能。
2結果與分析
為了確定樣品的物相組成，對水熱法制備的樣品進行了XRD表征，圖1為所制備樣品的X射線衍射圖。與氧化鈰的特征譜進行比較，其特征峰分別從左到右對應氧化鈰的（111）、（200）、（220）、（311）、（222）、（400）、（331）、（420）晶面，沒有其他雜峰。這說明產物具有較高的純度，樣品只能為含有螢石結構的CeO2晶體。
圖2中a、b是氧化鈰納米桿兩種不同放大倍數的SEM圖，從圖可以看出樣品的納米結構呈桿狀，桿的形貌較細長，經測得桿的平均直徑~10nm,平均長度~400nm.圖2c是樣品的TEM圖，納米桿比較均勻，直徑~10nm,長度為幾百納米。圖2d是TEM圖中某一單根氧化鈰納米桿的放大圖，圖中氧化鈰納米桿的結晶度良好，無明顯缺陷。采用HR-TEM進一步觀察試樣的微觀結構，圖2e中電子是沿著[110]方向入射，納米氧化鈰桿的垂直于表面方向為（224）,是沿著<112>方向生長。
利用Ce（Ac）3·nH2O和Na2HPO4作為反應試劑制備氧化鈰時，Na2HPO4的水解較弱，OH-離子的釋放非常緩慢，水解方程式如下：Na2HPO4+2H2O→3Na++2OH―+H2PO4―（1）Ce（Ac）3·nH2O中提供的Ce3+陽離子只有少量的與Na2HPO4水解的OH-發生化學反應，產生白色Ce（OH）3·nH2O懸濁液，而大量的Ce3+依然游離在水溶液中，其反應如下式：Ce3++3OH―+nH2O→Ce（OH）3·nH2O（2）在高溫高壓環境下，由于沒有外來的氧氣進入，只能依靠水溶液中溶解的氧氣氧化，反應相對緩和，其反應方程式如下：4Ce（OH）3·nH2O+O2→4CeO2·nH2O+4H3O++2O2―（3）生成的CeO2·nH2O經過凝聚、形核和較慢的自組裝過程，組裝的納米桿在平衡狀態下生長，從而形成細而長的桿狀納米氧化鈰。
為了研究納米氧化鈰的抗紫外線能力，采用UV-vis分光光度計對其紫外線屏蔽性能進行測試，得出其紫外線吸收光譜圖（如圖3）.從圖可以看出，樣品在波長小于400nm的位置顯示出很強的吸收能力，在波長大約大于400nm的波段保持在一個較低的水平，在波長為310nm處氧化鈰納米桿對紫外線的吸收出現峰值。另外，CeO2在270~340nm的波段之間有強烈的紫外線吸收能力是因為O2-（2p）軌道和Ce4+（4f）軌道上的電子轉移引起的。據文獻[12]所知，一個良好的紫外線屏蔽材料對波長少于400nm的紫外線有很好的吸收能力，而氧化鈰納米桿正正滿足這個要求，因此可作為理想的紫外線屏蔽材料。
3結論
1）本實驗通過低溫水熱一步法合成了氧化鈰納米桿。納米桿形貌比較細長，平均直徑~10nm,平均長度~40nm,并且生長方向沿著<112>晶向族方向生長。
2）制備的氧化鈰納米桿能強烈吸收紫外線，且有很寬的吸收波段，在波長為310nm處對紫外線的吸收出現峰值，是理想的紫外線屏蔽材料。
參考文獻：
[1]徐燦，曲曉剛。稀土二氧化鈰在生物領域的最新研究進展[J].中國科學：化學，2014,44（4）:506-520.
[2]呂逢嬌。二氧化鈰拋光材料應用的研究進展[J].新材料產業，2014（2）:56-59.
