三维微纳米结构稀土氧化物的控制合成与表征

发布时间：2017-09-13 13:25

  本文关键词：三维微纳米结构稀土氧化物的控制合成与表征

  更多相关文章： 氧化铈 氧化镧 水热/溶剂热法 形貌控制 催化作用

【摘要】：稀土材料具有独特的光、电、磁学性质,在光学材料、磁性材料、催化材料、医学和农业等领域都有重要应用,上述性能与材料的形貌、尺寸、微观结构和表面特性等密切相关。在本论文中,我们以CeO2和La2O3为研究对象并对其形貌和尺寸的控制合成进行研究。本文旨在探索三维微纳米CeO2和La2O3的水热及溶剂热制备方法,并以甲苯催化燃烧和汽车尾气三效催化净化为探针反应,分别考察了CeO2、La2O3及CeO2负载的催化剂在催化中的应用。具体研究内容如下：(1)通过调节铈盐种类和含量、溶剂组成、羧酸种类和含量以及制备时的反应条件,成功合成了不同形貌的氧化铈：采用CeCl3/PVP/水/尿素/乙酸体系经水热反应合成球形氧化铈(HTS)；采用Ce(NO3)3/PVP/乙二醇/水/丙酸体系经溶剂热反应合成球形氧化铈(STS),制备出的500℃焙烧的新鲜氧化铈比表面为133 m2/g,1000℃焙烧的老化样品能维持在7 m2/g以上；采用CeCl3/PVP/乙二醇/水/丙酸/KOH体系经溶剂热反应制备的花形氧化铈(STF)具有狭窄的孔径分布,此体系中KCl充当硬模板促进了介孔的生成。(2)硝酸刻蚀氧化铈前躯体可改变原有氧化铈的某些性质,我们通过不同的表征手段详细探索酸蚀对材料性能的影响。酸蚀氧化铈的XRD衍射峰信号减弱,表明晶粒尺寸减小；SEM图表明酸蚀对形貌的影响与前驱体的制备方法有关；酸蚀纳米球的TEM图具有更多的内部空隙；N2物理吸附测试结果则显示酸蚀可大大提高氧化铈的比表面、孔容,并影响孔径分布。(3)利用类似体系同样可以合成具有不同三维形貌的镧化合物,在不同温度下焙烧获得La2O2CO3和La2O3。利用溶剂热法合成花形镧化合物,改变酸的含量和反应时间对镧化合物的形貌起到决定性作用；采用水热法则合成圆盘形La(OH)CO3,经1000℃焙烧后的La2O3比表面能维持在10 m2/g以上(4)以甲苯催化燃烧和汽车尾气三效催化净化为探针反应,分别考察了CeO2、La2O3及CeO2负载的催化剂的催化性能。活性测试结果表明,STS乙酸体系制备的CeO2-STSAce在甲苯催化中表现出了最佳的催化活性。酸蚀CeO2具有更好的活性,通过BET和XPS分析,我们可以推测催化活性的提高与酸蚀后比表面、孔容的增大和表面暴露活性位的增多有关。溶剂热法反应2 h制备的La2O3-ST2具有最佳的甲苯催化活性。Pt-Rh-Pd/STSAce在三效催化测试中有着更高的C3H8和NO催化活性,但酸蚀后活性变差,这可能是由酸蚀减小表面酸位强度进而影响反应气体的活化方式导致的。
【关键词】：氧化铈 氧化镧 水热/溶剂热法 形貌控制 催化作用
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 第一章 绪论16-29
• 1.1 稀土材料概述16-18
• 1.1.1 稀土元素简介16
• 1.1.2 稀土材料的应用16-18
• 1.2 不同形貌稀土氧化物的研究18-20
• 1.2.1 一维纳米线、纳米棒18-19
• 1.2.2 三维稀土微/纳米球19
• 1.2.3 三维稀土微/纳米花19-20
• 1.3 三维微/纳米稀土氧化物的制备20-27
• 1.3.1 沉淀法21-22
• 1.3.2 微波辅助法22-23
• 1.3.3 水热法/溶剂热法23-24
• 1.3.4 模板法24-26
• 1.3.5 喷雾热解法26-27
• 1.4 论文选题背景和主要研究内容27-29
• 1.4.1 论文的选题背景27-28
• 1.4.2 论文研究目的及内容28-29
• 第二章 实验部分29-36
• 2.1 实验试剂与原料29-30
• 2.2 实验仪器与设备30
• 2.3 氧化铈的制备30-31
• 2.3.1 水热法制备球形氧化铈(HTS)30-31
• 2.3.2 溶剂热法制备球形氧化铈(STS)31
• 2.3.3 溶剂热法制备花形氧化铈(STF)31
• 2.4 硝酸处理氧化铈前驱体31-32
• 2.5 氧化镧前驱体的制备32
• 2.5.1 溶剂热法制备花形氧化镧32
• 2.5.2 水热法制备圆盘形氧化镧32
• 2.6 贵金属催化剂的制备32
• 2.7 氧化镧及氧化铈的表征32-33
• 2.7.1 X射线衍射(XRD)32-33
• 2.7.2 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)33
• 2.7.3 BET比表面及孔结构测试33
• 2.7.4 X射线光电子能谱(XPS)33
• 2.7.5 NH3脱附(NH3-TPD)33
• 2.8 催化活性评价33-36
• 2.8.1 甲苯催化活性评价33-34
• 2.8.2 三效催化活性评价34-36
• 第三章 单分散三维氧化铈的控制合成及表征36-71
• 3.1 引言36
• 3.2 水热法合成球形氧化铈(HTS)36-39
• 3.2.1 样品的晶相结构37-38
• 3.2.2 样品的形貌38-39
• 3.2.3 样品的比表面及孔结构39
• 3.3 水热法合成球形氧化铈(HTS)的条件探索39-46
• 3.3.1 PVP含量的影响40-42
• 3.3.2 乙二醇/水比例的影响42-45
• 3.3.3 酸种类的影响45-46
• 3.4 溶剂热法合成球形氧化铈(STS)46-50
• 3.4.1 样品的晶相结构47-48
• 3.4.2 样品的形貌48
• 3.4.3 样品的比表面及孔结构48-49
• 3.4.4 球形氧化铈的生长机理49-50
• 3.5 溶剂热法合成球形氧化铈(STS)的条件探索50-60
• 3.5.1 反应温度和时间的影响50-52
• 3.5.2 铈盐投料量的影响52-54
• 3.5.3 丙酸含量的影响54-56
• 3.5.4 有机酸种类的影响56-60
• 3.5.5 PVP含量的影响60
• 3.6 溶剂热法合成微米花形氧化铈(STF)60-65
• 3.6.1 样品的晶相结构61-62
• 3.6.2 样品的形貌62-63
• 3.6.3 样品的比表面及孔结构63
• 3.6.4 KCl的作用63-65
• 3.7 溶剂热法合成微米花形氧化铈(STF)的条件探索65-69
• 3.7.1 反应时间的影响65-67
• 3.7.2 丙酸含量及PVP的影响67-68
• 3.7.3 羧酸种类的影响68-69
• 3.8 本章小结69-71
• 第四章 硝酸刻蚀氧化铈前驱体71-81
• 4.1 引言71
• 4.2 硝酸刻蚀对晶相的影响71-72
• 4.3 硝酸刻蚀对形貌的影响72-75
• 4.3.1 刻蚀后CeO_2的SEM图72-74
• 4.3.2 刻蚀后CeO_2的TEM图74-75
• 4.4 硝酸处理对织构性能的影响75-79
• 4.4.1 硝酸处理对比表面和孔容的影响75-78
• 4.4.2 硝酸处理对孔径分布的影响78-79
• 4.5 综合分析79-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 单分散三维镧化合物的控制合成及表征81-90
• 5.1 引言81
• 5.2 溶剂热法制备镧化合物(ST)的表征结果与讨论81-86
• 5.2.1 焙烧温度对样品晶相及形貌的影响82-84
• 5.2.2 丙酸含量对形貌的影响84-85
• 5.2.3 反应时间及温度对形貌的影响85-86
• 5.3 水热法制备镧化合物(HT)的表征结果与讨论86-88
• 5.3.1 样品的晶相结构87-88
• 5.3.2 样品的形貌88
• 5.4 本章小结88-90
• 第六章 氧化铈和氧化镧的催化性能评价90-105
• 6.1 引言90-93
• 6.1.1 甲苯催化燃烧90-91
• 6.1.2 三效催化净化91-93
• 6.2 结果与讨论93-104
• 6.2.1 CeO_2的甲苯催化燃烧活性93-97
• 6.2.2 CeO_2甲苯催化燃烧活性的讨论97-98
• 6.2.3 La_2O_3的甲苯催化燃烧活性98-99
• 6.2.4 CeO_2负载型催化剂的三效催化活性99-103
• 6.2.5 CeO_2负载型催化剂三效催化活性的讨论103-104
• 6.3 本章小结104-105
• 结论105-107
• 后续工作及展望107-108
• 参考文献108-116
• 攻读硕士期间发表的论文116-118
• 致谢118

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