铈镧铝共生共存复合氧化物的制备及其储氧性能研究

摘要

随着大气雾霾越来越严重地威胁着人类的健康生活，人们对汽车尾气的催化净化要求变得越来越苛刻。而催化转化技术是控制汽车尾气污染最为直接和有效的方式。三效催化剂(TWC)由于其能够将汽车尾气主要成分CO、HC和NOx同时转化成为对环境友好的CO2、N2和H2O，成为了尾气治理的主要手段。然而三效催化剂的活性组分Pt、Pd和Rh等，只有在理论空燃比附近才能发挥最大功效，因此，需要使用储放氧性能优异的铈基复合氧化物来减小发动机运行过程中空燃比的震荡。本文通过改进的柠檬酸络合法制备了一系列铈镧铝共生共存复合氧化物，以提高铈基储氧材料的储氧能力以及在高温水热条件下的稳定性。实验结果表明:
　　镧的掺入可以进入氧化铈和铈铝共生共存复合氧化物的晶格中形成固溶体结构，显著改变晶体的晶胞参数，使得晶面间距增加，晶胞体积增大，晶格完整度下降，抑制铈镧固溶体(CL)以及共生共存复合氧化物(CLA)水热老化过程中晶胞的团聚长大。增强了铈镧固溶体样品中体相氧向表面迁移的能力，使其氧化还原性能得到增强。
　　铈镧铝共生共存复合氧化物中，γ-Al2O3并未进入铈镧固溶体（CeO2-La2O3）物相，即没有生成Ce-La-Al-O固溶体。但由于共生共存效应，经过共生过程的复合氧化物平均晶粒大小约为机械混合氧化物的三分之一。生共存复合氧化物在共生过程中，各组分混合均匀，两相彼此之间发生了强的相互作用，使CeO2的晶格发生畸变，因而得到了平均晶粒大小约为5nm的复合氧化物，储氧量约为相同组分的机械混合样品的3倍。
　　共生共存复合氧化物(Ce0.92La0.08)0.4Al0.6O2-z具有最高的储氧量(OSC)979μmol·g-1，相比之下，纯氧化铈样品的OSC仅为315μmol·g-1。经水热老化处理之后，CLA样品仍然可以保持高达880μmol·g-1的储氧量。这些结果是由于La3+掺入二氧化铈晶格内形成了CeO2-La2O3固溶体以及铈镧固溶体和γ-Al2O3之间的强相互作用，影响了氧化物结构的均匀性，形成氧空位并抑制CLA晶体颗粒在水热老化过程中的烧结过程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 汽车尾气的成分及危害

1．1．2 汽车尾气的排放法规

1．1．3 汽车尾气的治理手段

1．2 汽车尾气催化剂研究进展

1．3 铈基储氧材料及其研究现状

1．3．1 氧化铈的储／释氧机理与尾气净化催化功能

1．3．2 氧化铈的其他功能

1．3．3 铈基储氧材料研究进展

1．4 共生共存效应

1．5 第三组分掺杂对铈基复合氧化物的影响

1．5．1 稀土元素掺杂

1．5．2 过渡金属元素掺杂

1．5．3 碱土金属元素掺杂

1．6 立题依据和研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验材料与设备

2．2 样品制备

2．2．1 配置溶液

2．2．2 柠檬酸络合

2．2．3 炭黑吸附溶液

2．2．4 陈化

2．2．5 干燥

2．2．6 热解

2．2．7 活化

2．2．8 水热老化处理

2．3 样品储氧性能(OSC)的测定

2．4 样品表征

2．4．1 X射线衍射(XRD)

2．4．2 比表面积(BET)

2．4．3 程序升温还原性能(H2-TPR)

2．4．4 X射线能谱(EDXs)

2．4．5 固体魔角核磁共振(MASNMR)

2．5 晶胞参数的计算

第三章 镧掺入量对铈铝复合氧化物性能的影响

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 XRD表征

3．2．2 晶胞参数

3．2．3 H2-TPR表征

3．2．4 储存／释放氧能力

3．3 小结

第四章 共生共存效应对复合氧化物性能的影响

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 XRD表征

4．2．2 晶胞参数变化

4．2．3 X射线能谱表征

4．2．4 储存／释放氧能力(OSC)

4．2．5 固体核磁共振(MASNMR)

4．3 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果