稀土基纳米金属氧化物的制备及催化性能研究

发布时间：2017-08-23 06:24

  本文关键词：稀土基纳米金属氧化物的制备及催化性能研究

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【摘要】：本论文利用一种简单的方法制备了一系列钴铈二元纳米金属氧化物、钴铜铈三元纳米金属氧化物和镧基钙钛矿结构纳米金属氧化物。该方法为：首先通过熔炼法制备铝基前驱体合金,然后利用氢氧化钠溶液选择性腐蚀掉铝元素,随后将腐蚀产物在空气氛围下退火处理。将所制备的铈基二元和三元催化剂材料利用气体分析仪和程序升温控制系统在反应床上进行一氧化碳气相催化测试,并将铈基催化剂材料和镧基钙钛矿材料利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及高分辨透射电子显微镜和比表面积分析仪等设备进行表征。本论文工作主要包括两部分,分别为铈基CO催化剂的制备及催化性能研究和镧基钙钛矿结构纳米金属氧化物的制备和表征。第一部分工作包含两个系列：铈钴二元氧化物的制备及CO催化性能研究和钻铜铈三元氧化物的制备及CO催化性能研究。结果显示,在不同比例钴铈氧化物催化剂中,随着钻含量提高,催化剂的最终转化温度逐步降低。而当钴和铈的原子比例为25：75和15：85的时候,在第二轮催化测试的过程中出现了室温响应(即在室温下CO转化率即达到10%以上)。综合考虑室温响应和较低完全转化温度,我们认为钴铈原子比例为25：75(简称Co1Ce3)的氧化物是催化效果最理想的。对Co1Ce3这个比例的氧化物催化剂样品进行表征,并在富氢气氛下进行选择性氧化测试,发现在整个升温催化过程当中,该催化剂只对一氧化碳具备催化性能,在一氧化碳完全转化温度范围内对氢气没有催化效果,在富氢气氛下对一氧化碳具备较好的选择氧化性。再结合XPS和XRD和TEM结果,可以确定Co1Ce3这个比例的氧化物样品在微观上是由四氧化三钴及二氧化铈两相所构成的纳米杆,其比表面积的数值(50.67m2/g)也比较大。最终利用阿托尼乌斯公式,计算出Co1Ce3这一比例的氧化物的激活能为49.26 kJ/mol。钴铜铈三元催化剂的制备方法类似于钴铈二元催化剂材料。按照原子比Co1Cu1Ce1和Co1Cu1Ce2配置前驱体合金,去合金化后退火处理,进行2轮相同过程的升温催化过程。结果显示,两种不同原子比例的催化剂的催化效果区别不大,完全转化温度均在150℃以下,且铜的添加不能使该成分的催化剂样品得到室温响应现象。进而对这个成分的样品进行XRD、TEM表征,发现催化剂的微观结构为纳米杆,由四氧化三钻、二氧化铈和氧化铜三相组成。第二部分实验工作中,制备了两个系列的前驱体合金,分别为Al88La6 X6和Al95La2.5X2.5(X为Fe、Cu、Cr、Mn、Ni中的一种)。并用5mol/L氢氧化钠溶液腐蚀掉合金中的铝元素之后,将腐蚀产物在800℃高温下退火处理2 h,制备镧基钙钛矿结构纳米氧化物。通过SEM, XRD等表征手段,证明用Al88La6X6这个比例的前驱体合金,经过去合金化后高温处理可以得到钙钛矿结构的纳米金属氧化物。该制备方法原料易得,重复性好,且制备方法简单,过程容易控制,可以实现规模化、大批量生产。
【关键词】：稀土 去合金化 钴铈催化剂 一氧化碳气相催化 钙钛矿
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 稀土材料的研究背景13-16
• 1.2 纳米多孔材料的研究背景16-18
• 1.3 去合金化的研究背景18-19
• 1.4 本文主要研究研究内容和创新点19-21
• 1.4.1 主要研究内容19-20
• 1.4.2 创新点20-21
• 第二章 实验方法和设备21-27
• 2.1 研究方法及技术路线图21-23
• 2.2 实验材料、试剂及相关仪器23-24
• 2.2.1 实验材料及试剂23-24
• 2.2.2 实验仪器及设备24
• 2.3 材料结构表征测试24-27
• 2.3.1 扫描电子显微镜24-25
• 2.3.2 透射电子显微镜25
• 2.3.3 高分辨透射电子显微镜25
• 2.3.4 X射线光电子能谱25-26
• 2.3.5 比表面积分析和孔径分布26-27
• 第三章 铈基纳米金属氧化物的制备及CO催化性能研究27-48
• 3.1 引言27-29
• 3.2 一氧化碳催化性能测试方法29
• 3.3 钴铈二元氧化物的制备及CO催化性能研究29-43
• 3.3.1 钴铈二元氧化物的制备29-30
• 3.3.2 钴铈二元氧化物的一氧化碳催化测试结果30-32
• 3.3.3 钴铈二元氧化物的TEM表征32-33
• 3.3.4 钴铈二元氧化物的XRD表征33-34
• 3.3.5 钴铈二元氧化物的比表面积和微观孔径分布34-36
• 3.3.6 钴铈二元氧化物的XPS表征36-37
• 3.3.7 钴铈二元氧化物的选择性氧化结果37-39
• 3.3.8 钴铈二元氧化物的激活能结果39-43
• 3.4 钴铈铜三元氧化物催化剂的制备及CO催化性能研究43-46
• 3.4.1 钴铈铜三元氧化物的制备43
• 3.4.2 钴铈铜三元氧化物的一氧化碳催化测试曲线43-45
• 3.4.3 钴铈铜三元氧化物的微观结构表征45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 镧基钙钛矿结构纳米金属氧化物的制备48-62
• 4.1 引言48-49
• 4.2 制备方法49-50
• 4.3 实验结果与分析50-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-72
• 附录72-73
• 学位论文评阅及答辩情况表73

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