氧化铈纳米复合材料及其制备方法、应用与流程

本技术涉及材料领域，特别是涉及一种氧化铈纳米复合材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、铈(ce)是地壳岩石和土壤中含量最丰富的稀土金属之一，是镧系元素族的一员。ce的原子序号是57，最外层电子结构为[xe]4f15d16s2，与大多数主要以三价态存在的稀土金属不同，铈原子既可呈现+3价(全还原态)，也可表现+4价(全氧化态)。在所有含铈的化合物中，二氧化铈(ceo2)因其较低的成本、独特的晶体结构和较好的氧化还原能力等特性在众多领域广泛应用，如应用于汽车尾气处理、co催化氧化、氮氧化物还原、水汽重整反应等。纳米氧化铈(ceo2)具有萤石晶型结构，可以很容易地调整其电子构型，在晶格结构中表现出氧空位或缺陷。铈离子优先形成较稳定的ce4+，以萤石结构形成结晶，1个铈原子周围有8个氧原子，形成四面体结构。根据-vink方程，此过程可以用如下的缺陷反应描述：

2、

3、其中，oo代表o2-，cece代表ce4+，是电中性的氧空位，而ce'ce代表ce3+。纳米ceo2晶格中的氧很容易脱落，造成氧空穴缺陷，为了晶格的电荷平衡，少量ce4+转变为ce3+。ce3+具有还原性，会被氧化为ce4+。因此，纳米ceo2的催化活性来源于晶体表面ce4+/ce3+之间的快速转变，这不仅保证了其优异的催化功能，而且还可以循环使用。此特性赋予纳米ceo2优良的氧存储与释放能力，并且这一缺陷性质也是其抗氧化应用的基础。研究表明，过多的活性氧(ros)引起的氧化应激可以引发炎症，炎症的发生往往伴随着氧化应激，氧化应激又可以维持炎症的持续发生，形成氧化应激-炎症-氧化应激-炎症的恶性循环。而相对于ce4+来说，ce3+是不稳定的，它在遇到氧化剂，如超氧阴离子、羟基自由基和过氧化氢等时，通过氧化还原反应可以清除这些活性氧(ros)并转化为ce4+，从而实现抗氧化和抗炎作用。然而，纯ceo2纳米颗粒具有剂量毒性。高浓度的ceo2纳米颗粒会带来细胞毒性。此外，ceo2纳米颗粒的快速释放可能引起严重的纳米毒性。再加上纳米氧化铈在水介质中的稳定性较低，分散性差，容易团聚，导致其抑菌性能较差，生物利用率低，限制了其在生物、医药、化妆品等领域的应用。

技术实现思路

1、基于此，本技术一些实施例提供一种纳米氧化铈纳米复合材料及其制备方法，在提高ceo2分散性和稳定性的同时还增强了其抗氧化、抗炎和抑菌性能，提升了其生物利用度，并解决了纳米ceo2毒性的问题。

2、此外，本技术另一些实施例还提供一种氧化铈纳米复合材料的应用。

3、一种氧化铈纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、获得含有壳聚糖和硝酸铈的混合溶液，所述混合溶液所用的溶剂包括醋酸、醇类溶剂和水，在所述混合溶液中，所述壳聚糖的质量体积百分浓度为0.2％～1％；

5、在150℃～170℃下对所述混合溶液进行加热反应140min～180min，制备所述氧化铈纳米复合材料。

6、在其中一些实施例中，在所述混合溶液中，所述壳聚糖的质量体积百分浓度为0.5％～0.7％。

7、在其中一些实施例中，所述加热反应的温度为160℃～170℃，时间为150min～170min。

8、在其中一些实施例中，所述醇类溶剂包括乙二醇和丙三醇中的一种或两种。

9、在其中一些实施例中，所述醇类溶剂包括乙二醇。

10、在其中一些实施例中，在所述混合溶液中，醋酸、醇类溶剂和水的体积比为1：(10～20)：(0.1～1)。

11、在其中一些实施例中，在所述混合溶液中，醋酸、醇类溶剂和水的体积比为1:11.8:0.8。

12、在其中一些实施例中，在制备所述混合溶液的过程中，所述硝酸铈以六水合硝酸铈的形式加入，所述壳聚糖和所述六水合硝酸铈的质量比为(1.36～6.8):(20～120)。

13、在其中一些实施例中，所述壳聚糖和所述六水合硝酸铈的质量比为(0.034～0.17):1。

14、在其中一些实施例中，获得含有壳聚糖和硝酸铈的混合溶液的步骤包括：

15、将所述壳聚糖与醋酸、醇类溶剂混合，在75℃～85℃下加热搅拌，得到第一混合液；

16、将六水合硝酸铈与水混合，制备第二混合液；

17、将所述第一混合液与所述第二混合液混合，制备所述混合溶液。

18、在其中一些实施例中，在加热反应结束后，还包括对反应物进行固液分离，对所得固体干燥、研磨。

19、在其中一些实施例中，对反应物进行固液分离的步骤中，将反应物在8000rpm～12000rpm的转速下离心5min～15min。

20、在其中一些实施例中，干燥的步骤中，温度为55℃～65℃，时间为3h～5h。

21、一种氧化铈纳米复合材料，包括氧化铈基体和包覆在所述氧化铈基体表面的壳聚糖包覆层；

22、所述氧化铈纳米复合材料的平均粒径为300nm～600nm，所述壳聚糖包覆层的厚度为40nm～100nm；

23、所述氧化铈纳米复合材料中含有ce3+和ce4+，ce3+占ce3+和ce4+的原子百分比为5％～50％。

24、一种氧化铈纳米复合材料在制备具有抗氧化功效、抗菌功效及抗炎功效中的至少一种功效的产品中的应用，所述氧化铈纳米复合材料通过上述的制备方法制备得到或所述氧化铈纳米复合材料如上所述。

25、在其中一些实施例中，所述抗氧化功效包括对羟基自由基、dpph自由基及超氧阴离子自由基中的一种或几种自由基的抗氧化功效。

26、在其中一些实施例中，所述抗菌功效包括对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌中的一种或几种细菌的抗菌功效。

27、在其中一些实施例中，所述抗炎功效包括对脂多糖诱导巨噬细胞炎症因子及紫外诱导人角质形成细胞炎症因子中的一种或几种炎症因子的抗炎功效。

28、一种具有抗氧化功效、抗菌功效及抗炎功效中的至少一种功效的产品，包括氧化铈纳米复合材料，所述氧化铈纳米复合材料通过上述的制备方法制备得到或所述氧化铈纳米复合材料如上所述。

29、壳聚糖具有良好的生物相容性、可生物降解性、无毒性、抗菌活性和有效的止血性能，适合于生物应用，本技术发明人以壳聚糖和硝酸铈为原料，通过包覆手段，将壳聚糖包覆在ceo2表面来改善氧化铈纳米颗粒的分散性和稳定性，提供了一种不同于传统方式的氧化铈纳米复合材料的制备方法。发明人在研究中发现，在制备氧化铈纳米复合材料的过程中，所用铈盐的种类、溶剂的种类、壳聚糖浓度、反应温度和时间等参数对所制备的氧化铈纳米复合材料的稳定性和分散性影响较大，本技术一些实施例的氧化铈纳米复合材料的制备方法，通过将含有壳聚糖和硝酸铈的混合溶液进行加热反应，调整壳聚糖浓度和加热反应的温度、时间、混合溶液所用的溶剂及铈盐的种类，使壳聚糖包覆在纳米氧化铈表面，通过静电相互作用、物理吸附和化学键等与纳米氧化铈颗粒表面相互作用，调节其表面的稳定性和功能化，在提高ceo2分散性和稳定性的同时还增强了其抗氧化、抗炎和抑菌性能，提升了生物利用度，解决了纳米ceo2毒性的问题。

技术特征：

1.一种氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液中，所述壳聚糖的质量体积百分浓度为0.5％～0.7％；和/或，

3.根据权利要求1所述的氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂包括乙二醇和丙三醇中的一种或两种；

4.根据权利要求1或3所述的氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液中，醋酸、醇类溶剂和水的体积比为1：(10～20)：(0.1～1)；

5.根据权利要求1所述的氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在制备所述混合溶液的过程中，所述硝酸铈以六水合硝酸铈的形式加入，所述壳聚糖和所述六水合硝酸铈的质量比为(1.36～6.8):(20～120)；

6.根据权利要求1、2、3或5所述的氧化铈纳米复合材料的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的一个或几个：

7.一种氧化铈纳米复合材料，其特征在于，包括氧化铈基体和包覆在所述氧化铈基体表面的壳聚糖包覆层；

8.一种氧化铈纳米复合材料在制备具有抗氧化功效、抗菌功效及抗炎功效中的至少一种功效的产品中的应用，其特征在于，所述氧化铈纳米复合材料通过权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到或所述氧化铈纳米复合材料如权利要求7所述。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，满足如下条件中的一个或几个：

10.一种具有抗氧化功效、抗菌功效及抗炎功效中的至少一种功效的产品，其特征在于，包括氧化铈纳米复合材料，所述氧化铈纳米复合材料通过权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到或所述氧化铈纳米复合材料如权利要求7所述。

技术总结
本申请涉及一种氧化铈纳米复合材料及其制备方法、应用。上述氧化铈纳米复合材料的制备方法包括如下步骤：获得含有壳聚糖和硝酸铈的混合溶液，所述混合溶液所用的溶剂包括醋酸、醇类溶剂和水，在所述混合溶液中，所述壳聚糖的质量体积百分浓度为0.2％～1％；在150℃～170℃下对所述混合溶液进行加热反应140min～180min，制备所述氧化铈纳米复合材料。上述氧化铈纳米复合材料能够改善纳米氧化铈在水介质中的稳定性和分散性。

技术研发人员：李晓珍
受保护的技术使用者：北京炜烨创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23