钇掺杂对铈锆复合氧化物储氧性能的影响

论文摘要

富锆相的铈锆复合氧化物（以下简称铈锆）是目前汽车尾气净化器应用最广泛的一类储氧材料。本研究选取富锆相的铈锆复合氧化物Ce0.33Zr0.67O2为研究对象，采用溶胶凝胶法制备了一系列钇掺杂的铈锆复合氧化物，通过对老化前后材料的体相结构、比表面积、储氧能力、表面元素分布与价态，以及表面CO吸附过程等进行研究，系统分析这类材料的储放氧过程，以及钇对铈锆体系储氧性能的影响和作用机理等。利用动态CO-O2脉冲和CO-He脉冲测试模式研究样品的储放氧过程发现，对于富锆相铈锆储氧材料，遵循表面吸附氧和活性较高的表层晶格氧优先参与反应的规律，此时铈锆的表面吸附性质是影响储氧能力的关键因素。随着放氧过程的继续，体相氧逐渐向外层扩散成为反应主体，体相氧扩散成为储放氧过程的控速步骤。通过对不同钇掺杂量的铈锆材料的结构及储氧性能的表征发现，钇离子能够进入铈锆晶格形成固溶体，并提高铈锆体系的结构热稳定性，抑制铈锆高温分相的发生。对于新鲜样，钇掺杂可大幅提升Ce0.33Zr0.67O2材料的比表面积，提高单位质量铈锆材料的储氧能力；但老化后，钇掺杂样品的储氧性能随着掺杂量的增加而减小。通过XPS及原位红外吸附性能测试证实，钇在铈锆材料表面主要取代锆离子，其掺杂会降低样品的表面吸附能力，抑制铈的氧化还原反应，从而导致该体系储氧性能的下降。通过进一步研究钇掺杂对铈锆的CO吸附过程的影响，建立了CO在铈锆表面上的吸附模型。对于铈锆材料，CO与其表面的Ce离子相互作用首先生成桥式碳酸盐和羧酸盐，而后生成双齿型和多齿形碳酸盐；随着烧结温度的升高，表面吸附生成物种显著减少，且以稳定性更高的多齿形碳酸盐为主。对于钇掺杂铈锆，其表面生成的吸附物种与铈锆基本相当，但由于钇的加入阻碍了表面Ce离子与CO的电子转移路径，钇掺杂铈锆表面碳酸盐较铈锆显著减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 文献调研
• 1.2.1 铈锆储氧材料
• 1.2.2 铈锆储氧过程与机理
• 1.2.3 铈锆储氧材料的改性
• 1.3 研究目标和内容
• 第2章 实验
• 2.1 样品制备
• 2.2 材料表征
• 2.2.1 XRD 物相分析
• 2.2.2 BET 比表面测试
• 2.2.3 XPS 测试
• 2.2.4 原位红外表征
• 2.3 OSC 测试
• 0.33Zr_0.67-O₂的结构及储放氧性能'>第3章 钇掺杂 Ce_0.33Zr_0.67-O₂的结构及储放氧性能
• 3.1 样品制备与表征
• 3.1.1 样品制备
• 3.1.2 样品表征
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 体相结构与比表面积
• 3.2.2 动态储氧性能
• 3.2.3 表面组分及价态
• 3.2.4 CO 原位吸附
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 储放氧过程的分析
• 3.3.2 钇掺杂对储放氧性能的影响机制
• 3.4 小结
• 0.33Zr_0.67O₂的老化过程及其表面上的 CO 吸附机理'>第4章 钇掺杂 Ce_0.33Zr_0.67O₂的老化过程及其表面上的 CO 吸附机理
• 4.1 样品制备及表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 储氧性能测试
• 0.33Zr_0.67O₂的 CO 原位红外吸附过程'>4.2.2 Ce_0.33Zr_0.67O₂的 CO 原位红外吸附过程
• 4.2.3 钇掺杂铈锆 CO 原位红外吸附
• 4.2.4 钇掺杂对 CO 吸附/脱附的影响
• 4.3 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果