本文主要研究内容
作者刘小元（2019）在《CeO2基催化剂的制备及其CO氧化性能研究》一文中研究指出：氧化铈基材料及其整体式催化剂在催化(发动机尾气处理、水气转换、重整反应)、能源(燃料电池、热化学分解水制氢)、环境(工业废气处理、光降解有机物)等领域有诸多重要的应用。其中,板式催化剂具有机械强度高,开孔率大,导热速率快等优点,但是又存在粉体较难固定、催化剂膜基结合不稳固、易脱落、易失效等缺点。因此开发具有良好膜基结合力的板式催化剂制备工艺,以克服传统工艺的不足,有助于拓展板式催化剂的应用市场,具有其潜在的商业前景及研究意义。本论文以原位制备CeO2基整体式催化剂为最终目标,首先以粉体CeO2为切入点,对CeO2材料及其CO催化氧化开展了较为系统的分析,在此基础之上,采用了以微弧氧化为主的制备工艺,在各类钛基底上(Ti片,Ti棒,Ti网)原位生长了膜层表面为单分散CeO2物相的CeO2/TiO2/Ti,对该工艺中每一个环节的样品都进行了对比研究,揭示了该工艺下CeO2原位生长过程及机制。然后利用微弧氧化过程中高温等离子体放电和液淬的特性,在Ti基底原位生长了固溶度可调节的亚稳态(Ce,Zr)O2-δ膜,并研究了(Ce,Zr)O2-δ催化剂的膜基结合特性以及高温下物相的演变规律。最后,采用微弧氧化-水热-浸渍沉积的方法,在原位生长的单分散Na2Ti2O5纳米片载体上,负载了 CeO2以及分散度良好的CuO,最终得到的CuO/CeO2/TiO2/Ti催化剂,在低温CO氧化以及氢气环境下选择性CO氧化(PROX)等方面具有潜在应用价值。(1)通过水热法、溶剂热法、传统的沉淀法获得了立方块状CeO2(CeO2 cube)、棒状CeO2(CeO2rod)以及形状不规则的CeO2(P-CeO2)纳米晶,发现所有的CeO2纳米晶均具有常温下非化学计量的特性,研究了形貌、尺寸、比表面积(SBET)等因素对CeO2纳米晶CO催化活性的影响,发现P-CeO2具有最高的单位面积反应速率。对不同的CeO2纳米晶进行了负载Au的实验,发现在相同的pH和温度下,当CeO2的SBET降到一定程度时(5.93 m2/g),负载的Au颗粒尺寸显著增大。通过计算,发现Au/P-CeO2和Au/CeO2 rod表面负载的Au颗粒具有最低的CO氧化表观活化能。(2)通过测量不同电解液下Ti棒的阳极极化曲线,评价了 NaOH,EDTA-2Na等成分对电解液在Ti基底上成膜难易程度的影响作用,优化得到了适用于制备高Ce含量且成膜性能良好的电解液配方,研究并提出了电解液的失效机制。采用优化的Ⅶ型电解液,制备了表面高Ce含量的膜层(Ce:14.8 at.%),通过对膜层进行后续退火处理,得到了于膜层表面单分散的具有截角八面体形貌的CeO2纳米晶,其具有良好的CO催化活性。进一步在膜层表面负载了Au颗粒,最终得到的整体式Au/Ce02/Ti02/Ti催化剂表现出良好的低温催化活性兼具稳定性。这种原位生长的Ce02/Ti02/Ti金属基底式催化剂有望在诸多催化领域得到应用。(3)利用微弧氧化过程中放电-液淬循环的机制,在硫酸盐体系电解液中,一步得到了含有(Ce,Zr)O2-δ亚稳相固溶体且固溶度可调的微弧氧化膜,研究发现(Ce,Zr)O2-δ催化剂的表面偏离化学计量比的程度远远高于多数CeO2纳米晶,具有大量的氧空位和Ce3+,其中以Ce75Zr25(实际为Ce0.52Zr0.48)样品性能最佳。进一步研究发现Ce75Zr25在700 ℃退火后膜层与基体仍然结合良好,其亚稳相发生完全相分离的温度为950°C。以这种原位生长的(Ce,Zr)02-δ固溶体膜作为载体,负载Au,PdO等贵金属之后,得到的M/(Ce,Zr)O2-δ表现出相较于稳定复合相的M/CeO2/ZrO2更高的低温CO催化活性(M:Au,PdO),其中PdO/Ce75Zr25(ZrO2固溶度为0.48)在老化处理后以及72000 h-1的空速下依然保持良好的CO催化性能。采用此种方法,可以一步实现(Ce,Zr)O2-(/Ti02/Ti的原位制备,具有耗时短,时间成本低的优势。(4)在较大面积的钛网上,首先用微弧-水热法原位生长了在膜层表面大量分布的Na2Ti2O5纳米片。并以Na2Ti2O5纳米片作为载体,利用浸渍工艺,在其表面负载了 CeO2纳米晶以及分散度良好的CuO。研究了浸渍处理前后样品表面阳离子元素含量的变化,发现在此过程中,Ce3+,Cu2+和H+在Na2Ti2O5片中的插层存在竞争现象,同时伴有Ce3+,Cu2+等金属阳离子的沉淀。通过XPS及催化测试发现并证实了CuO/CeO2/TiO2/Ti中Ce02与CuO间的协同效应,其低温CO催化活性高,CO2选择性好,在150 ℃下连续工作24 h后依然保持高活性。
Abstract
yang hua shi ji cai liao ji ji zheng ti shi cui hua ji zai cui hua (fa dong ji wei qi chu li 、shui qi zhuai huan 、chong zheng fan ying )、neng yuan (ran liao dian chi 、re hua xue fen jie shui zhi qing )、huan jing (gong ye fei qi chu li 、guang jiang jie you ji wu )deng ling yu you zhu duo chong yao de ying yong 。ji zhong ,ban shi cui hua ji ju you ji xie jiang du gao ,kai kong lv da ,dao re su lv kuai deng you dian ,dan shi you cun zai fen ti jiao nan gu ding 、cui hua ji mo ji jie ge bu wen gu 、yi tuo la 、yi shi xiao deng que dian 。yin ci kai fa ju you liang hao mo ji jie ge li de ban shi cui hua ji zhi bei gong yi ,yi ke fu chuan tong gong yi de bu zu ,you zhu yu ta zhan ban shi cui hua ji de ying yong shi chang ,ju you ji qian zai de shang ye qian jing ji yan jiu yi yi 。ben lun wen yi yuan wei zhi bei CeO2ji zheng ti shi cui hua ji wei zui zhong mu biao ,shou xian yi fen ti CeO2wei qie ru dian ,dui CeO2cai liao ji ji COcui hua yang hua kai zhan le jiao wei ji tong de fen xi ,zai ci ji chu zhi shang ,cai yong le yi wei hu yang hua wei zhu de zhi bei gong yi ,zai ge lei tai ji de shang (Tipian ,Tibang ,Tiwang )yuan wei sheng chang le mo ceng biao mian wei chan fen san CeO2wu xiang de CeO2/TiO2/Ti,dui gai gong yi zhong mei yi ge huan jie de yang pin dou jin hang le dui bi yan jiu ,jie shi le gai gong yi xia CeO2yuan wei sheng chang guo cheng ji ji zhi 。ran hou li yong wei hu yang hua guo cheng zhong gao wen deng li zi ti fang dian he ye cui de te xing ,zai Tiji de yuan wei sheng chang le gu rong du ke diao jie de ya wen tai (Ce,Zr)O2-δmo ,bing yan jiu le (Ce,Zr)O2-δcui hua ji de mo ji jie ge te xing yi ji gao wen xia wu xiang de yan bian gui lv 。zui hou ,cai yong wei hu yang hua -shui re -jin zi chen ji de fang fa ,zai yuan wei sheng chang de chan fen san Na2Ti2O5na mi pian zai ti shang ,fu zai le CeO2yi ji fen san du liang hao de CuO,zui zhong de dao de CuO/CeO2/TiO2/Ticui hua ji ,zai di wen COyang hua yi ji qing qi huan jing xia shua ze xing COyang hua (PROX)deng fang mian ju you qian zai ying yong jia zhi 。(1)tong guo shui re fa 、rong ji re fa 、chuan tong de chen dian fa huo de le li fang kuai zhuang CeO2(CeO2 cube)、bang zhuang CeO2(CeO2rod)yi ji xing zhuang bu gui ze de CeO2(P-CeO2)na mi jing ,fa xian suo you de CeO2na mi jing jun ju you chang wen xia fei hua xue ji liang de te xing ,yan jiu le xing mao 、che cun 、bi biao mian ji (SBET)deng yin su dui CeO2na mi jing COcui hua huo xing de ying xiang ,fa xian P-CeO2ju you zui gao de chan wei mian ji fan ying su lv 。dui bu tong de CeO2na mi jing jin hang le fu zai Aude shi yan ,fa xian zai xiang tong de pHhe wen du xia ,dang CeO2de SBETjiang dao yi ding cheng du shi (5.93 m2/g),fu zai de Auke li che cun xian zhe zeng da 。tong guo ji suan ,fa xian Au/P-CeO2he Au/CeO2 rodbiao mian fu zai de Auke li ju you zui di de COyang hua biao guan huo hua neng 。(2)tong guo ce liang bu tong dian jie ye xia Tibang de yang ji ji hua qu xian ,ping jia le NaOH,EDTA-2Nadeng cheng fen dui dian jie ye zai Tiji de shang cheng mo nan yi cheng du de ying xiang zuo yong ,you hua de dao le kuo yong yu zhi bei gao Cehan liang ju cheng mo xing neng liang hao de dian jie ye pei fang ,yan jiu bing di chu le dian jie ye de shi xiao ji zhi 。cai yong you hua de Ⅶxing dian jie ye ,zhi bei le biao mian gao Cehan liang de mo ceng (Ce:14.8 at.%),tong guo dui mo ceng jin hang hou xu tui huo chu li ,de dao le yu mo ceng biao mian chan fen san de ju you jie jiao ba mian ti xing mao de CeO2na mi jing ,ji ju you liang hao de COcui hua huo xing 。jin yi bu zai mo ceng biao mian fu zai le Auke li ,zui zhong de dao de zheng ti shi Au/Ce02/Ti02/Ticui hua ji biao xian chu liang hao de di wen cui hua huo xing jian ju wen ding xing 。zhe chong yuan wei sheng chang de Ce02/Ti02/Tijin shu ji de shi cui hua ji you wang zai zhu duo cui hua ling yu de dao ying yong 。(3)li yong wei hu yang hua guo cheng zhong fang dian -ye cui xun huan de ji zhi ,zai liu suan yan ti ji dian jie ye zhong ,yi bu de dao le han you (Ce,Zr)O2-δya wen xiang gu rong ti ju gu rong du ke diao de wei hu yang hua mo ,yan jiu fa xian (Ce,Zr)O2-δcui hua ji de biao mian pian li hua xue ji liang bi de cheng du yuan yuan gao yu duo shu CeO2na mi jing ,ju you da liang de yang kong wei he Ce3+,ji zhong yi Ce75Zr25(shi ji wei Ce0.52Zr0.48)yang pin xing neng zui jia 。jin yi bu yan jiu fa xian Ce75Zr25zai 700 ℃tui huo hou mo ceng yu ji ti reng ran jie ge liang hao ,ji ya wen xiang fa sheng wan quan xiang fen li de wen du wei 950°C。yi zhe chong yuan wei sheng chang de (Ce,Zr)02-δgu rong ti mo zuo wei zai ti ,fu zai Au,PdOdeng gui jin shu zhi hou ,de dao de M/(Ce,Zr)O2-δbiao xian chu xiang jiao yu wen ding fu ge xiang de M/CeO2/ZrO2geng gao de di wen COcui hua huo xing (M:Au,PdO),ji zhong PdO/Ce75Zr25(ZrO2gu rong du wei 0.48)zai lao hua chu li hou yi ji 72000 h-1de kong su xia yi ran bao chi liang hao de COcui hua xing neng 。cai yong ci chong fang fa ,ke yi yi bu shi xian (Ce,Zr)O2-(/Ti02/Tide yuan wei zhi bei ,ju you hao shi duan ,shi jian cheng ben di de you shi 。(4)zai jiao da mian ji de tai wang shang ,shou xian yong wei hu -shui re fa yuan wei sheng chang le zai mo ceng biao mian da liang fen bu de Na2Ti2O5na mi pian 。bing yi Na2Ti2O5na mi pian zuo wei zai ti ,li yong jin zi gong yi ,zai ji biao mian fu zai le CeO2na mi jing yi ji fen san du liang hao de CuO。yan jiu le jin zi chu li qian hou yang pin biao mian yang li zi yuan su han liang de bian hua ,fa xian zai ci guo cheng zhong ,Ce3+,Cu2+he H+zai Na2Ti2O5pian zhong de cha ceng cun zai jing zheng xian xiang ,tong shi ban you Ce3+,Cu2+deng jin shu yang li zi de chen dian 。tong guo XPSji cui hua ce shi fa xian bing zheng shi le CuO/CeO2/TiO2/Tizhong Ce02yu CuOjian de xie tong xiao ying ,ji di wen COcui hua huo xing gao ,CO2shua ze xing hao ,zai 150 ℃xia lian xu gong zuo 24 hhou yi ran bao chi gao huo xing 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的刘小元，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于微弧氧化论文,原位生长论文,整体式催化剂论文,催化氧化论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：微弧氧化论文; 原位生长论文; 整体式催化剂论文; 催化氧化论文; 中国科学技术大学2019-07-12论文;