二氧化铈及其负载贵金属催化剂的制备与性能研究

摘要

纳米催化材料所具有的量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，使得它表现出许多不同于其他材料的特殊性质。稀土氧化物、贵金属及稀土贵金属复合材料在三效催化剂、先进结构陶瓷、燃料电池、氧传感器、石油化工等领域中得到了广泛的应用。为此，本论文以CeO2及其负载贵金属催化剂为研究对象，采用溶剂热、微波辅助加热等合成方法，分别制备出多层核壳结构CeO2、核壳结构Au/CeO2与AuPd/CeO2和CeO2纳米粒子。所制备的产物用各种表征手段进行了表征，对合成的催化剂的催化性能进行了初步的讨论，并对其合成规律进行了探讨，从而为制备其它稀土氧化物及其贵金属催化剂提供理论依据和实验路线。本论文的主要内容如下：
　　(1)核壳层数、厚度可调控纳米二氧化铈空心球的合成及其催化性能研究
　　本章采用溶剂热法，在不添加模板剂的条件下，成功制备了具有多层核壳结构CeO2空心纳米球，进而通过本方法制备了其他核壳结构稀土氧化物。该方法是先将铈基配位聚合物纳米球（Ce-CP）用混合溶剂热法合成，随后分别在空气、氮气和氩气条件下煅烧。通过对合成条件的控制，发现在空气气氛中煅烧后可以合成出核壳层数、壳厚度可调控的二氧化铈空心球。多壳CeO2呈现优异的RhB的光催化降解性能。更重要的是，多壳CeO2具有多孔核壳空心结构，可以使它们具有广泛的重要潜在应用。
　　(2) CeO2负载Au、AuPd催化剂的制备及其催化性能的研究
　　本章以上述制备具有核壳结构的CeO2的基础上，以此为载体，通过简单的水溶液浸渍法成功制备了负载型催化剂Au/CeO2、AuPd/CeO2材料，并对两种催化性能、核壳CeO2和商业CeO2进行了比较。研究结果表明，核壳CeO2、Au/CeO2和AuPd/CeO2的催化活性都比商业CeO2的性能更好，而前三个催化剂按照催化效果排序为AuPd/CeO2>Au/CeO2>CeO2。
　　(3)多层核壳结构纳米CeO2的微波快速合成
　　本章在混合溶剂热成功合成具有核壳结构的二氧化铈的基础上，进一步发展了微波法辅助合成核壳结构二氧化铈的方法。以吡啶-2,5-二羧酸为配体，先用微波加热法快速合成了铈基配位聚合物，再用煅烧法成功制备了形貌良好的多壳结构二氧化铈纳米材料。考察了反应时间、温度、浓度对产物的结构形貌的影响进行了研究。进而对微波法与混合溶剂热法制备的产物的性能进行了比较，结果表明微波辅助制备的多壳结构CeO2吸收紫外线性能有所提高。
　　(4)微波辅助加热纳米二氧化铈的合成
　　以水为溶剂，有机胺为碱源（三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙醇胺和乙醇胺）， 无需添加表面活性剂，通过微波辅助加热快速制备了纳米二氧化铈。研究结果表明所合成的二氧化铈具有较好的分散性，粒径在3-5 nm之间，比表面积为189.00 m2g-1。有机胺为碱源既可起到碱的作用，又可起到表面活性剂的作用，降低了CeO2的粒径，同时合成的产物不易团聚。

目录

声明

第一章 前 言

1.1配位聚合物

1.2 稀土氧化物

1.3二氧化铈微/纳米材料

1.4核壳结构纳米材料

1.5 论文的选题依据与主要研究内容

第二章 核壳层数、厚度可调控二氧化铈空心球的合成及其催化性能研究

摘要

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 CeO2负载 Au、AuPd 催化剂的制备及其催化性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 多层核壳结构纳米CeO2的微波快速合成

摘要

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 微波辅助加热纳米二氧化铈的合成

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本论文主要的研究成果

6.2 展望

参考文献

致谢

在读期间公开发表论文(著)和科研情况