A2B2O7型稀土复合氧化物的制备与应用

论文摘要

复合氧化物La2M2O7（M=Ti,Zr）具有优良的性能而倍受关注。本文采用有机金属分解法合成单一相的La2Ti2O7纳米粉末。利用FTIR、TG-DTA、XRD、SEM等分析了La2Ti2O7的结构、形貌和晶化过程。结果表明,在700℃下样品从无定形向La2Ti2O7晶体相转变,随着温度升高,晶体发育完整,900℃以上能得到单一相的La2Ti2O7纳米晶体。本文还对其反应机理做了初步的探讨:由于La-AcAc络合物的存在,整个合成过程中La3+处于控制释放,形成了均匀的、颗粒小的前驱体,因此可在较低的温度下合成单一相的La2Ti2O7纳米晶体。 利用金属有机分解法制备出NdxLa2-xTi2O7（x=0,1,2）,并对其作为光催化剂降解甲基橙和降解机理进行了研究。结果表明:在800℃下合成的层状钙钛矿复合氧化物La2Ti2O7,Nd2Ti2O7和NdLaTi2O7催化剂,其光催化活性分别为78%、62%和56%,原因是该温度下晶体处于亚稳相,晶格振动加剧,分子变得活跃。La2Ti2O7比其它两种化合物有更好的催化活性与La空4f轨道位于较高能级有关,La2Ti2O7的价带和导带间没有俘获电子位置,有利于电子从价带激发到导带。 采用浸渍法制备了固体超强酸SO42-/La2Zr2O7型光催化剂,运用XRD、SEM、FTIR等表征手段对其结构形态、表面酸性等进行表征,并以邻硝基苯酚与酸性红的光催化降解反应为模型反应,考察其光催化活性。结果表明,在适当条件下,邻硝基苯酚能通过光催化被彻底矿化。在相同条件下,表面超强酸化的La2Zr2O7光催化效果比没有酸化的La2Zr2O7明显提高,也比传统的固体超强酸SO42-/TiO2催化剂有更好的催化活性。固体超强酸SO42-/La2Zr2O7催化降解染料酸性大红,也取得很好的降解效果,反应35min能将10mg/L酸性红溶液完全降解。证明其确为一种较好的光催化剂。 本文还以固体超强酸SO42-/La2Ti2O7催化剂分别合成乙酸乙酯、丙酸丁酯、苯甲酸正丁酯,初步探讨了催化剂在合成酯方面的机理,考察了焙烧温度、酸浓度对催化剂性能的影响,考察了物料比例、反应时间等条件的影响。结果表明,乙酸乙酯、丙酸丁酯及苯甲酸丁酯的最高收率分别达到97.8%,96.8%,88.8%,证明其为一种较好的酸催化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 2B₂O₇稀土复合氧化物概述'>1.1 A₂B₂O₇稀土复合氧化物概述
• 2M₂O₇的结构'>1.1.1 La₂M₂O₇的结构
• 2M₂O₇的制备方法'>1.1.2 复合氧化物La₂M₂O₇的制备方法
• 2M₂O₇型复合氧化物的研究现状'>1.2 国内外La₂M₂O₇型复合氧化物的研究现状
• 1.2.1 光催化新材料
• 1.2.2 固体超强酸催化材料
• 1.2.3 介电材料和铁电材料
• 1.2.4 气敏新材料
• 1.3 本文研究主要内容与意义
• 第二章 复合氧化物的制备与表征方法概述
• 2.1 实验药品及来源
• 2.2 制备方法
• 2M₂O₇（M=Ti，Zr）晶体的制备'>2.2.1 La₂M₂O₇（M=Ti，Zr）晶体的制备
• 1-xLa_xTi₂O₇（x=0，1，2）光催化剂的制备'>2.2.2 Nd_1-xLa_xTi₂O₇（x=0，1，2）光催化剂的制备
• 4^2-／La₂M₂O₇催化剂的制备'>2.2.3 固体超强酸SO₄^2-／La₂M₂O₇催化剂的制备
• 2.3 主要表征手段及其对应的仪器设备
• 2.3.1 X-射线衍射（XRD）
• 2.3.2 热重和差热分析（TG-DTA）
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）
• 2.3.4 红外光谱（FT-IR）
• 2.3.5 紫外漫反射光谱（UV-Vis）
• 2.3.6 比表面积（BET）
• 2.3.7 有机总碳量（TOC）
• 2.3.8 实验室常用设备
• 2M₂O₇纳米晶体'>第三章 有机金属法低温合成La₂M₂O₇纳米晶体
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 热重分析（TG-DTA）
• 3.2.2 X-射线衍射（XRD）
• 3.2.3 红外光谱（FT-IR）
• 3.2.4 扫描电镜（SEM）
• 3.2.5 合成机理的讨论
• 2Zr₂O₇的合成'>3.2.6 La₂Zr₂O₇的合成
• 3.3 本章小结
• 2Ti₂O₇和掺杂的复合氧化物的光催化性能'>第四章 La₂Ti₂O₇和掺杂的复合氧化物的光催化性能
• 4.1 引言
• 2Ti₂O₇和掺杂的复合氧化物的光催化性能'>4.2 La₂Ti₂O₇和掺杂的复合氧化物的光催化性能
• 4.2.1 光催化实验
• 4.2.2 吸附实验
• 4.2.3 甲基橙标准曲线的绘制
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 X-射线衍射（XRD）
• 4.3.2 催化剂的光催化性能
• 4.3.3 催化剂吸附的影响
• 4.3.4 催化剂的UV-Vis图谱
• 4.3.5 催化剂的比表面
• 4.3.6 催化剂的光催化降解机理探索
• 4.4 本章小结
• 4^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解邻硝基苯酚以及酸性红3B'>第五章 固体超强酸SO₄^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解邻硝基苯酚以及酸性红3B
• 5.1 引言
• 4^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解邻硝基苯酚'>5.2 固体超强酸SO₄^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解邻硝基苯酚
• 5.2.1 光催化实验
• 5.2.2 结果与讨论
• 4^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解酸性红3B'>5.3 固体超强酸SO₄^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解酸性红3B
• 5.3.1 光催化实验
• 5.3.2 标准曲线的绘制
• 4^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解酸性红3B'>5.3.3 SO₄^2-／La₂Zr₂O₇光催化降解酸性红3B
• 5.4 本章小结
• 4^2-／La₂Ti₂O₇催化合成酯'>第六章 固体超强酸SO₄^2-／La₂Ti₂O₇催化合成酯
• 6.1 引言
• 4^2-／La₂Ti₂O₇催化合成酯'>6.2 固体超强酸SO₄^2-／La₂Ti₂O₇催化合成酯
• 6.2.1 乙酸乙酯的合成
• 6.2.2 丙酸丁酯的合成
• 6.2.3 苯甲酸正丁酯的合成
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 固体超强酸催化剂结构形态和表面酸性
• 6.3.2 合成产物分析
• 6.3.3 影响酯收率的实验条件探索
• 6.3.4 合成机理的初步探讨
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢