过渡金属掺杂铈锆固溶体的制备及性能研究

论文摘要

储氧材料是三效催化剂中的重要组成部分，而单纯的铈锆固溶体已不能满足三效催化剂对于提高催化活性及耐热性的发展需求。过渡金属被用来对铈锆固溶体进行掺杂改性的报道已有很多，但是对掺杂后对其相互作用的探讨却还甚少。本文在对铈锆固溶体掺杂改性的研究中，考察了不同Cu掺杂量，不同Cu掺杂方式以及掺杂Fe、Ni、Co、Zn等因素对掺杂改性的Ce0.5Zr0.5O2固溶体物化性能的影响。使用XRD、BET、O2-TPD、氧气脉冲吸附、H2-TPR等表征手段对合成的样品进行表征。并将合成的固溶体应用于CO催化氧化反应中，结合活性评价结果讨论了影响其性能的主要因素。并以合成的铈锆固溶体为载体，制备了单钯催化剂，将其用于CO催化氧化反应中，考察了不同Cu掺杂量及Fe、Ni、Co、Zn金属掺杂对Pd/CZ催化剂活性的影响。研究了催化剂中物相组成、织构、还原性能以及氧气脱附性能和活性的关联性。实验结果表明：以不同铜量掺杂的铈锆固溶体，Cu高度分散于铈锆固溶体表面或者进入到铈锆固溶体中，掺杂量对其织构没有明显改变，当铜的掺杂量在7wt%（即样品CZCu0.15），有着较好的还原性能和CO氧化活性；以不同铜掺杂方式制备的样品，其物相组成、还原性能、储氧性能均有很大差异，其中共沉淀法制备的样品具有较高的比表面积和还原性能，CO催化氧化活性数据表明，共沉淀法制备的样品具有较高的活性；Pd/CZCu与Pd/CZ相比，在CO氧化反应中的催化活性下降，推测其原因可能是Cu的存在阻碍了Pd与Ce-Zr界面的接触，减少了活性位；掺杂Fe、Ni、Co、Zn的钯催化剂，由于掺杂的金属阻碍了Pd与铈锆固溶体界面的接触，减少了活性位，而对于掺杂的Fe金属由于增大了其比表面积，提高了活性组分的分散性，而且Fe与铈锆固溶体产生了很强的相互作用，产生更多的氧活性位，因此提高了其钯催化剂对CO的催化氧化活性，而对于掺杂Ni、Co、Zn的钯催化剂由于减小了比表面积，降低了活性金属的分散度，两者均使催化剂的活性位减少，因此其活性降低了。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 铈锆固溶体储氧材料在三效催化剂中的应用
• 1.3 铈锆固溶体的改性
• 1.3.1 铈锆固溶体掺杂改性的目的与原理
• 1.3.2 过渡金属掺杂的铈锆固溶体研究进展
• 1.4 本论文研究内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 样品的制备方法
• 2.2.2 样品的表征
• 2.2.2.1 比表面积和孔结构的测定
• 2.2.2.2 粉末 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.2.2.3 材料组成分析
• 2脉冲化学吸附'>2.2.2.4 O₂脉冲化学吸附
• 2程序升温还原（H₂-TPR）'>2.2.2.5 H₂程序升温还原（H₂-TPR）
• 2程序升温脱附（O₂-TPD）'>2.2.2.6 O₂程序升温脱附（O₂-TPD）
• 2.2.2.7 催化剂活性评价
• 第三章 铈锆固溶体的过渡金属掺杂改性研究
• 3.1 引言
• 3.2 不同铜含量掺杂铈锆固溶体性能研究
• 3.2.1 样品制备方法
• 3.2.2 样品的表征
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 样品的 XRD 分析
• 3.2.3.2 样品的织构分析
• 2-TPR 分析'>3.2.3.3 样品的 H₂-TPR 分析
• 3.2.3.4 样品的 CO-TPR 分析
• 3.2.3.5 样品的储氧性能分析
• 3.2.3.6 样品在 CO 氧化反应中的催化活性评价
• 3.3 不同掺杂方式对铈锆固溶体性能研究
• 3.3.1 样品制备方法
• 3.3.2 样品表征方法
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 样品的 XRD 分析
• 3.3.3.2 样品的储氧性能分析
• 2-TPR 分析'>3.3.3.3 样品的 H₂-TPR 分析
• 3.3.3.4 样品的 CO-TPR 分析
• 3.3.3.5 样品的在 CO 氧化反应中的催化活性评价
• 3.4 Fe、Ni、Co、Zn 掺杂对铈锆固溶体性能研究
• 3.4.1 制备方法
• 3.4.2 样品的表征
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.3.1 样品的 XRD 分析
• 3.4.3.2 样品的织构分析
• 2-TPR 分析'>3.4.3.3 样品的 H₂-TPR 分析
• 3.4.3.4 样品的储放氧性能分析
• 3.4.3.5 样品在 CO 氧化反应中的催化活性
• 3.5 本章小结
• 第四章 过渡金属掺杂对 Pd/CZ 性能影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 Cu 金属掺杂量对 Pd/CZ 性能影响研究
• 4.2.1 样品制备方法
• 4.2.2 样品表征方法
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.3.1 样品的 XRD 分析
• 4.2.3.2 样品的织构分析
• 2-TPR 分析'>4.2.3.3 样品的 H₂-TPR 分析
• 4.2.3.4 催化剂的 CO 氧化活性
• 4.3 Fe，Ni，Co，Zn 掺杂对 Pd/CZ 性能研究
• 4.3.1 样品制备方法
• 4.3.2 样品表征方法
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.3.1 样品的 XRD 分析
• 4.3.3.2 样品的织构分析
• 2-TPR'>4.3.3.3 样品的 H₂-TPR
• 2-TPD 分析'>4.3.3.4 样品的 O₂-TPD 分析
• O 活性分析'>4.3.3.5 样品的 C_O活性分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的论文