稀土催化材料的制备_结构及催化性能_詹望成.pdfVIP

中国科学: 化学 2012 年 第42 卷 第9 期: 1289 ~ 1307 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 稀土材料专刊 稀土催化材料的制备、结构及催化性能 詹望成, 郭耘, 郭杨龙, 龚学庆, 王艳芹, 卢冠忠* 结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室; 华东理工大学工业催化研究所, 上海 200237 *通讯作者, E-mail: gzhlu@ 收稿日期: 2012-05-05; 接受日期: 2012-06-05; 网络版发表日期: 2012-07-13 doi: 10.1360/032012-282 摘要 稀土催化材料的研究和发展为La 和Ce 等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用 关键词 提供了有效的途径. 稀土元素具有未充满电子的 4f 轨道和镧系收缩等特征, 作为催化剂 稀土氧化物 催化材料 的活性组分或载体使用时表现出独特的催化性能. 本文从稀土氧化物、稀土复合氧化物、 氧化还原性能 稀土-贵金属催化剂、稀土改性多孔催化材料等稀土催化材料出发, 重点介绍和讨论了稀 酸碱性能 土的添加对催化剂的结构、活性和稳定性等的影响, 阐述了稀土与过渡金属及氧化物、稀 催化性能 土与贵金属之间的相互作用, 及对催化剂催化性能的影响. 并对稀土催化材料的研究和发 催化剂制备 展提出了思考和展望. 1 引言 稳定性, 从而提高催化剂的性能. 因此, 充分发挥 Ce 和 La 等轻稀土元素在催化材料中的作用, 是改善相 稀土由镧系元素(15 个元素)和与其密切相关 关催化剂性能, 实现稀土资源的高质、高效利用的最 的两个元素— 钪(Sc)和钇(Y)组成, 具有特殊的光、 有效的途径之一. 电、磁和催化等特性, 其应用领域已从冶金机械、石 本文将从稀土氧化物、稀土复合氧化物、稀土- 油化工、玻璃陶瓷、农业等传统领域拓展到磁性材料、 贵金属、稀土改性多孔材料等不同种类的稀土催化材 储氢材料、发光材料、催化材料、高温超导材料等功 料出发, 着重讨论催化材料的组成、结构与催化性能 能材料领域. 由于我国稀土矿以轻稀土组分为主(其 之间的关系, 以及稀土在这些催化材料中所起的作 中铈和镧在包头矿和四川冕宁矿中的含量约占 80%, 用及作用原理, 从而理解稀土与过渡金属或贵金属 在南方离子矿中的含量约占 30%), 因此, 随着稀土 之间的相互作用. 永磁、冶金、荧光粉等产业的迅速发展, 中、重稀土 的用量不断增加, 导致铈和镧等高丰度轻稀土元素 2 稀土氧化物 的大量积压, 造成了稀土利用的不平衡. 稀土元素具有未充满电子的 4f 轨道和镧系收缩 基于 Ce 元素具有 Ce3+/Ce4+ 的可变价特性, 氧化 等特征, 作为催化剂的活性组分或载体使用时表现 铈具有良好的储/ 放氧性能, 在贫氧或还原条件下, 出独特的性能, 如 Ce 的 4f 轨道可以起到电