会应用相应的测试手段来检测所制备样品的微观形貌、纯度、晶型等物化特征。主要内容是：
（1）了解该燃烧制备过程的氧化还原反应原理。初步选择水合硝酸亚铈作为前驱体盐和氧化剂。选择合适的还原剂。并计算燃烧反应的绝热温度和相关热力学参数。
（2）通过讨论计算氧化剂与还原剂的摩尔比来制备溶液，讨论浓度、温度等因素对实验结果的影响，来确定最佳制备工艺。
（3）采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试手段，对制备样品的微观形貌、粒径等特性进行详细表征。
2 实验
本实验研究用凝胶燃烧法制备纳米CeO2粒子，通过对还原剂的选择，pH值、烘干温度和反应温度的选择，来确定制备的最佳工艺，并应用相应的测试手段来检测所制备样品的微观形貌、纯度、晶型等物化特征。 2.1 实验试剂
制备过程中所使用的水为去离子水，表2.1为所使用的化学药品
表2.1 化学药品
名称 硝酸亚铈 丙三醇 盐酸 甘氨酸 三异丙醇胺 三乙醇胺 硝酸钾
化学式 Ce(NO3)3·6H2O HOCH2CH(OH)CH2OH
HCl NH2CH2COOH C9H21NO3 C6H15NO3 KNO3
生产厂家
天津市光复精细化工研究所 天津市天才化学试剂有限公司
西陇化工股份有限公司 天津市东丽区天大化学试剂厂 天津市东丽区天大化学试剂厂
天津市北辰方正试剂厂 天津市光复科技发展有限公司
2.2 仪器与设备 （1）试验器皿与耗材
烧杯 量筒 药匙 玻璃棒 坩埚 研钵 滤纸 （2）实验设备见表2.2
表2.2 实验设备及仪器
序号 1 2 3 4 5
名称 HH-1恒温水浴锅 万用电炉（单联） FA2004N电子天平 电热恒温鼓风干燥箱 D/Max-rA型X射线衍射仪
生产厂家 常州国华电器有限公司 北京科伟永兴仪器有限公司 上海精密科学仪器有限公司 巩义市予华仪器有限责任公司
日本理学公司
2.3 实验步骤 2.2.1 凝胶溶液的配置
凝胶溶液的配置初步初步选择水合硝酸亚铈作为前驱体盐和氧化剂，选择合适的还原剂、络合剂、缓冲剂，计算其中的氧化还原机理及摩尔比。
①还原剂的选择。初步选择丙三醇（甘油）作为还原剂，三异丙醇胺与三乙醇胺作为对比的还原剂。甘油是多羟基化合物，其中羟基可以对Ce3+有很好的络合作用且在燃烧过程中与硝酸亚铈发生反应。其中我们使用反应配比的计算来计算两者的总氧化价和总还原价，以此来确定两者摩尔比。理论计算中假设硝酸亚铈分解为N2 (氧化价为0)，丙三醇分解产物为CO2和H2O，因此，C和H的氧化价分别为+4和+1。以丙三醇为燃烧剂合成CeO2为例，Ce (NO3)3·6H2O的氧化价=（+3）+ [0+（-2) ×3] ×3 +[+1×2+（-2）]×6= -15，而丙三醇C3H8O3的还原价=（+4×3）+8+（-2×3）=+14。因此理论上合成1mol CeO2所需丙三醇和硝酸亚铈的化学计量比为1.5∶1.4。
但丙三醇做还原剂时反应时需要氧气的参与，是气相反应，因此丙三醇作为还原剂与水合硝酸亚铈的气相反应过程：
2Ce（NO3）3·6H2O（c）+4HOCH2CH(OH)CH2OH（l）+5O2（g）→ 2CeO2（c）+3N2（g）+8CO2（g）+24H2O（g） 三乙醇胺作为还原剂的气相反应过程：
2Ce（NO3）3·6H2O（c）+4C6H15NO2（l）+19O2（g）→ 2CeO2（c）+5N2（g）+24CO2（g）+24H2O（g） 三异丙醇胺作为还原剂的气相反应过程：
2Ce（NO3）3·6H2O（c）+4C9H21NO3（l）+44O2（g）→ 2CeO2（c）+5N2（g）+36CO2（g）+54H2O（g） 甘氨酸与硝酸钾的气相反应过程：
2KNO3+2NH2CH2COOH+2O2→K2O+2N2+4CO2+5H2O
②络合剂。丙三醇作为多羟基化合物，本身就有很好的络合作用，所以丙三醇作为还原剂时不需要选择其他的络合剂。当选用三乙醇胺和三异丙醇胺作还原剂时，三乙醇胺的络合作用较差，固加入硝酸钾提高其络合作用。而三异丙醇胺的络
合作用相对于三乙醇胺比较好，但相对于丙三醇来说较差，故做两组对比实验。
③缓冲剂。加入的甘氨酸不仅作为一种还原剂，它还是一种很好的缓冲剂。因甘氨酸为具有氨基和羧基的两性离子，故有很强的缓冲性，当在溶液中加入一定量的酸和碱时，甘氨酸能有效地阻止溶液的pH的变化，起到了缓冲的作用。当凝胶燃烧时，甘氨酸生成氮气、二氧化碳、水，能使纳米氧化铈粉体更加蓬松，使纳米粉体粒径更细。 2.3.2 加热
凝胶溶液配置好以后用玻璃棒充分搅拌直至充分溶解（燃烧制备纳米氧化铈的燃烧液必须均相），放入70℃恒温的水浴锅内加热，直至溶液呈水凝胶状。在加热过程中，需要滴加盐酸来调节溶液的pH的变化，直到溶液呈透明均相时停止滴加。 2.3.3 制备干凝胶
将水凝胶放入烘箱中，在110℃恒温下烘干，烘干时间为3 h，直至样品呈干凝胶状时取出。 2.3.4 燃烧
将制得的干凝胶放入坩埚中，在马弗炉中燃烧，生成黄色蓬松的纳米二氧化铈粉体。 2.3.5 后处理
将试样分体研细，然后加入蒸馏水进行洗涤。如果使用硝酸钾来增强络合作用，则要滴加盐酸来洗去其中的K+，反复洗涤2-3次后烘干，收集样品。 2.4 燃烧反应的绝热温度和相关热力学参数
反应物质的标准摩尔生成焓和摩尔定压热容如表2-4a所示。
表2-4a 反应物质的标准摩尔生成焓、摩尔定压热容
物质 Ce(NO3)3·6H2O
N2 CeO2 C3H8O3 H2O(l) H2O(g)
ΔfHmO（KJ/mol）
-3049.26
0 -1088.16 -669.60 -285.830 -241.818
Cp，m（J/mol·K）
—— 27.32+6.226·10-3T
61.6 —— 75.291 33.577
CO2 O2
-393.509
0
26.75+42.258·10-3T 28.17+6.297·10-3T
为了计算方便，将所有的物质的质量扩大一千倍得的计算结果不变。比如用2.3922g的硝酸亚铈表中的硝酸亚铈为2392.2g。如表2.4b和表2.4c所示。
表2.4b 反应物的物质的量
反应物 Ce(NO3)3·6H2O
C3H8O3 H2O
表2.4c 生成物的物质的量
生成物 CeO2 CO2 N2 H2O
物质的量（mol）
5.5 22 8.3 66.1
质量（g） 2392.2 1014.6 594.9
物质的量（mol）
5.5 11 33
①计算标准摩尔反应焓
标准摩尔反应焓等于298.15K下的参与反应的各组分标准摩尔生成焓ΔfHmO与其计量数成绩的代数和。考虑到B的符号，其实质是：末态各产物总的标准摩尔生成焓之和减去始态各反应物总的标准摩尔生成焓之和。 ΔrHmO = BΔfHmO（B） =[nΔfHmO（CeO2）+nΔfHmO（CO2）+nΔfHmO（N2）+nΔfHmO（H2O）]
+[nΔfHmO（Ce(NO3)3·6H2O）+nΔfHmO（C3H8O3）]
=[5.5×（-1088.16）+22×（-393.509）+8.3×0+66.1×（-241.818）]KJ+[5.5× （-3049.26）+11×（-669.6）]KJ =-54762.78KJ