特殊形貌纳米氧化铈的可控制备及其担载金催化剂的催化性能研究

摘要

稀土元素Ce具有特殊的电子结构及较大的原子半径,其化学性质与其它元素有很大不同。Ce4+与Ce3+之间易于转化,使它们在催化材料等方面有着广泛的应用。而特殊形貌的CeO2催化剂因会暴露特殊晶面等特性在纳米材料的应用方面占有一席之地。尤其是一维纳米结构CeO2常因具有较大的比表面积和储氧能力发挥了更多的优势。本论文工作中主要研究合成纳米棒结构的CeO2,并考察了不同反应因素对C0催化氧化活性的影响。主要研究内容如下:
　　 采用沉淀法利用相同的反应物制备了前驱体,改变了后续反应条件合成了两种一维纳米结构的CeO2,分别命名为L—CeO2,K—CeO2。研究表明,样品L—CeO2表面氧含量高,C0催化氧化活性更好。
　　 利用水热合成法制备了一维纳米结构的CeO2,把纳米CeO2与普通沉淀法制备的纳米粒子进行活性对比。发现一维结构的CeO2活性远远比粒子好。焙烧温度对活性有较大的影响,350℃比600℃焙烧的样品活性高。
　　 利用沉淀法首先制备了CeO2纳米粒子,在0℃老化后会逐渐长成纳米棒。研究发现老化温度对形貌有决定性的作用。但储氧能力等性质都相似,活性没有太大的差别。
　　 利用水热合成法合成了CeO2纳米球,考察了反应物浓度对活性和形貌的影响。发现当反应物浓度为3.125 M时易形成形貌均一的纳米球,浓度减半后纳米球大小不一。考察CeO2纳米球C0催化氧化活性,发现在低温区各样品活性相近,但是当温度升高到300℃后形貌均一的纳米球表现出了更好的活性。
　　 近年来以CeO2为载体担载贵金属Au合成催化剂引起了极大的关注。Au的加入可以活化CeO2的表面氧,从而大大提高催化剂的氧化还原能力。但是载体的性质、粒子大小和形貌等因素都会影响催化剂的性能。本论文利用水热合成法首先制备了不同形貌的CeO2,研究发现棒状结构的CeO2活性最好。340℃时棒状结构CeO2的C0转化率为100％,而立方体状的仅达到38％。将各形貌CeO2分别担载了相同含量的Au后,各Au／CeO2催化剂在160℃时CO都转化成了CO2,其中以棒状结构CeO2为载体的CO催化氧化活性尤其突出。不仅在100℃就完全转化,而且转化速率最快。

目录

文摘

英文文摘

引言

1.文献综述

1.1 纳米材料概述

1.1.1 纳米材料的定义

1.1.2 纳米材料的特性

1.2 CeO2结构

1.3 纳米CeO2的制备

1.3.1 固相法

1.3.2 液相法

1.3.3 气相法

1.4 纳米CeO2汽车尾气催化净化方面的应用

1.5 选题意义及研究内容

1.5.1 选题意义

1.5.2 研究内容

2 实验部分

2.1 化学试剂

2.2 实验主要仪器

2.3 表征方法

2.3.1 比表面积测定(BET)

2.3.2 X-射线粉末衍射实验(XRD)

2.3.3 透射电子显微镜(TEM)

2.3.4 H2-TPR表征

2.4 催化剂的反应性能评价

3 单一形貌纳米CeO2的制备及其性质的研究

3.1 引言

3.2 K、L-CeO2纳米棒的制备及性能研究

3.2.1 催化剂的制备[44]

3.2.2 XRD表征

3.2.3 TEM表征

3.2.4 BET表征

3.2.5 H2-TPR表征

3.2.6 活性结果

3.2.7 小结

3.3 CeO2纳米棒与CeO2纳米粒子性质的比较研究[45]

3.3.1 催化剂的制备

3.3.2 XRD表征

3.3.3 TEM表征

3.3.4 H2-TPR表征

3.3.5 活性结果

3.3.6 小结

3.4 由CeO2纳米粒子定向生长成纳米棒的研究[46]

3.4.1 催化剂的制备

3.4.2 XRD表征

3.4.3 TEM表征

3.4.4 H2-TPR表征

3.4.5 活性结果

3.4.6 小结

3.5 制备纳米球状CeO2[47]

3.5.1 催化剂的制备

3.5.2 XRD表征

3.5.3 SEM表征

3.5.4 H2-TPR表征

3.5.5 活性结果

3.5.6 小结

4 特殊形貌CeO2载体对Au/CeO2催化剂的影响

4.1 引言

4.2 催化剂的制备

4.3 TEM表征

4.4 XRD表征

4.5 BET表征

4.6 H2-TPR表征

4.7 活性测试

4.8 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢