氧化铈基材料的制备和表征及其性能研究

论文摘要

作为一种重要的稀土金属氧化物,二氧化铈在抛光材料,紫外吸收剂,固体燃料电池和催化剂等领域有广泛的应用。由于纳米结构特殊的物理和化学性质,构建纳米化的二氧化铈或氧化铈基材料及探索其相应的粒径或形状导致的性质变化,对提高二氧化铈的应用有重要的意义。本论文使用一种简便的、无需使用模板的乙二醇溶剂热法,可控合成了不同形貌的二氧化铈,并对其进行掺杂改性。在乙二醇中,使用硝酸铈铵为原料,用SEM研究发现由纳米线构建的类似花状的形貌是由纳米粒子自组织形成。控制反应物的浓度为40 mmol/L时能制备得到形貌不同的近似单分散的球形纳米粒子。使用硝酸铈或者氯化铈作为反应剂,在其乙二醇溶液中添加尿素后得到的花朵状形貌是以花瓣状纳米片层结构为构建单元,而使用硝酸铈铵作为前躯体形成的花瓣状结构没有进一步组装。H2-TPR和Raman结果表明纳米二氧化铈结构中存在氧空位,有较高的可被还原能力和更多可利用的氧物种,体现为较好的CO催化氧化活性,在350℃已经能将CO转化完全,而市售二氧化铈的转化率不足20%。通过分步加入的方法能将过渡金属氧化物掺入到二氧化铈晶格中,且较好的维持了二氧化铈原有形貌,制备的二氧化铈也是一种优良载体,负载2%的铜后CO在150℃已经转化完全。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 二氧化铈简介
• 1.3 氧化铈基纳米材料的应用
• 1.4 氧化铈基纳米材料研究进展
• 1.5 常见纳米二氧化铈合成方法简介
• 1.6 可控形貌氧化铈基纳米材料研究进展
• 1.6.1 中空结构
• 1.6.2 1D 纳米结构
• 1.6.3 纳米球
• 1.6.4 花状结构
• 1.6.5 立方体和多面体
• 1.7 论文选题依据和研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 氧化铈基材料的制备
• 2的合成'>2.2.1 纯CeO₂的合成
• 2.2.2 其他金属元素修饰的氧化铈基材料的制备
• 2.3 催化活性评价
• 2.4 催化剂的表征
• 第3章 二氧化铈纳米材料的制备及其催化性能
• 3.1 乙二醇溶剂热法
• 3.1.1 纳米二氧化铈的制备及其催化性能研究
• 3.1.2 制备条件的影响
• 3.2 添加尿素的乙二醇溶剂热法
• 3.2.1 氯化铈为反应前躯体
• 3.2.2 铈源的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 过渡金属掺杂的二氧化铈纳米材料的制备
• 4.1 锆的掺入
• 4.1.1 乙二醇溶剂热一步法
• 4.1.2 乙二醇溶剂热两步法
• 4.1.3 锆盐和加入顺序对催化性能的影响
• 4.2 其他过渡金属元素的掺入
• 4.3 铜的掺入
• 4.3.1 硝酸铜的掺杂
• 4.3.2 铜盐种类的影响
• 4.3.3 浸渍法
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢