氧化铈微纳结构的调控与性能研究

发布时间：2018-04-15 07:12

  本文选题：氧化铈 + 水热合成　； 参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：由于氧化铈内部总存在Ce4+与Ce3+的可逆转化而且其本身又是一种环境友好型材料,使得其在能源与环境等领域有着诸多重要应用。在各种应用中,氧化铈不仅可以作为活性组分,而且还能作为其他活性组分的良好载体。本论文采用水热法合成了多壳层氧化铈,多孔微立方氧化铈及八面体／纳米线CeO2/CePO4共晶复合结构。并结合各种表征手段,探讨了不同层级结构的微观结构与形成机制,建立了形貌与性能之间的有机联系。主要研究涉及如下几方面： (1)采用水热处理增强C球模板对铈离子的捕获能力,获得了较高含量铈离子的吸附C球。当将吸附C球分别以1℃min-1,2℃min-1到10℃min-1的焙烧速率进行焙烧处理,则依次获得单壳层,双壳层,三壳层氧化铈。即壳层数随着焙烧速率的加快而增加。当将焙烧速率设定在15℃min-1,产物中出现了四壳层。以三壳层为例,它们具有多级特征尺度,其外层,中间层,内层的直径分别为～300nm,-180nm,-80nm而平均壳层厚度为30nm。 (2)该多壳层氧化铈具有较高的比表面积(～90m2/g),孔分布在1～4nm范围内,是金属纳米颗粒优良载体。以Au纳米颗粒为例设计构建了Au/CeO2异质催化剂。Au纳米颗粒的尺寸小于5nm,且在壳层上具有良好的分散度。该异质催化剂显示出对对硝基苯酚还原反应的良好催化性能。 (3)水热增强合成较小尺度多壳层的方法具有普适性,可以扩展到La2O3,Nd2O3, Co3O4, NiO及掺杂氧化铈(Co-CeO2)与复合氧化铈(Al2O3/CeO2, C/CeO2)等多壳层结构的制备。其中,Co-CeO2与C/CeO2表现出对紫外可见波段光的强吸收能力,具有应用于光催化领域的潜能。这种方法开启了合成多种小尺寸功能氧化物多壳层的大门,具有广阔的应用前景。 (4)在葡萄糖-草酸盐体系下,采用水热法首先合成了微立方氧化铈前驱体,其大小在20μ m左右,且内部布满孔道。由XRD及IR分析可知,该前驱体为一种高结晶度的有机无机晶体,并含有许多亲水官能团。而TG-DSC热分析结果则表明该有机无机晶体具有较高的热稳定性,直到335℃才发生分解,失重率达～51%,这也说明了该晶体中含有相对较高的有机组分。经过焙烧处理,这种微立方有机无机晶体转化为微立方氧化铈,该结构是由纳米颗粒组成的典型多级结构,比表面积达到53.1m2/g。 (5)在水热条件下,通过调控Ce/P摩尔比,成功地合成了CeO2/CePO4共晶复合结构。该复合结构的光致发光性能与Ce/P摩尔比存在依赖关系。而且在Ce/P摩尔比等于4时发光性能最优。发光增强的原因可能是CeO2对CePO4的适当包覆。 (6)在低磷酸盐溶度下,通过一步水热法合成了均匀的CePO4纳米线。随着起始Ce/P摩尔比的增加,可以实现部分单斜相CePO4向六方相CePO4的转变。增强的光致发光性能在Ce/P摩尔比等于4时得到,从相结构上看,该点正好是单斜与六方相的转变临界点。发光增强的原因可能是相变临界点的特殊结构中存在结构敏感能级。
[Abstract]:Because of the reversible conversion of Ce4 and Ce3 in cerium oxide and its environmental friendly material, cerium oxide has many important applications in the fields of energy and environment.In various applications, cerium oxide can be used not only as active component, but also as a good carrier of other active components.In this paper, multi-shell cerium oxide, porous micro-cubic cerium oxide and octahedron / nanowire CeO2/CePO4 eutectic composite structures were synthesized by hydrothermal method.The microstructure and formation mechanism of different hierarchical structures were discussed, and the organic relationship between morphology and properties was established.The main studies cover the following areas:1) the C sphere adsorbed with high content of cerium ion was obtained by hydrothermal treatment to enhance the capture ability of C sphere template.When the adsorbed C-sphere was roasted at the roasting rate of 1 鈩，

本文编号：1753053