三维连续大孔铈锆系催化材料的制备及性能研究【文献综述】.docVIP

PAGE 6 PAGE 5 文献综述 化学 三维连续大孔铈/锆系催化材料的制备及性能研究 摘要：本文研究了固体酸催化剂三维连续大孔锆/铈系材料的催化制备及性能应用。 关键词：固体酸催化剂；大孔铈/锆材料；酯化；制备；性能 1. 选题的背景与意义 三维连续大孔材料（3DOM），也被称为反蛋白石（inverse opals）结构材料，上世纪九十年代末期，Velev O D等[1]首次用胶晶模板法成功制备了三维有序大孔（3DOM）SiO2材料，从而开创了一个新的研究领域。三维连续大孔材料是一种新型的大孔材料，大孔材料的孔径在50nm以上，较高的孔容（理论空隙率74%），）使其具有较大的孔径和良好的通透性，有易于进行化学改性，低了各种组装技术的要求，增加了化学改性的设计自由度，可以根据功能性需要对其孔壁进行多种化学改性，甚至可以在合成之初就可加入含功能基组分制备成混合前体，使之充分均匀混合，结果官能基不仅附着在孔表面，而且嵌入孔壁体相中，可达到结合牢固、负载量大的目的。孔壁的骨架组成的多样性（简单氧化物、复合氧化物和固溶体等），具有一定的可控性，微孔和介孔材料的孔径较小、较薄，因而其强度较低，在外力作用下容易塌陷，而大孔材料内部三维交联的大孔网络极具开放性，在一定程度上可弥补其表观面积较小的缺陷，孔结构不容易塌陷，孔壁孔壁有纳米粒子组成，孔道排列有序，使得三维连续大孔氧化物具有特殊的光学性能，将会在光子晶体和光子开关等光学领域发挥重要作用。近年来，三维连续大孔材料主要在环境催化、石油化工、光催化及生物催化领域得到了广泛的研究应用。 固体酸催化剂是代替液态酸催化剂是实现环境友好催化工艺的一条重要途径，传统液态催化剂如硫酸，硝酸，氢氟酸等，不仅腐蚀设备，要求条件高，而且具有很大的危险性。其次，这些酸性催化剂在催化反应过程中容易引起副反应，产生有害产物，造成环境污染，而且要从反应物中将液态酸完全分离也是件十分耗能且困难的事情，反应完成之后催化剂也不易回收。固体酸的研发利用有效地克服了液体酸的缺点，具有容易与液相反应体系分离、不腐蚀设备、后处理简单、很少污染环境、选择性高等特点，可在较高温度范围内使用，扩大了热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围。尽管在结构上不同于液态酸，但他们的催化原理是相同的，都是以给出氢离子为主要特征。在催化过程中，提供质子与反应物结合形成中间体。 Zr02的化学稳定性好，具有表面酸性位和碱性位的过渡金属氧化物，同时还具有优良的离子交换性能及表面富集的氧缺位，在催化领域它既可以单独作为催化剂使用，也可以作为载体和助剂，纳米 Zr 由于粒子尺寸小，而使其比表面积大大增加，作为催化剂及其载体，使得催化性能大大提高[3]。 1.1 薄膜和涂层 ZrO2还是具有广泛用途的薄膜材料，具有优良的耐热、隔热性能、光学性能、电性能、机械性能及化学稳定性，可作热障涂层、绝缘、耐磨、耐蚀涂层及光电器件等，因而被广泛用于航空航天、钢铁冶金、机械制造、光学、电学等领域，前景十分广阔。 1.2 提高陶瓷的韧性 纳米Zr02具有超塑性行为，给陶瓷增韧带来了新的希望。利用Zr02的相变增韧、残余应力增韧及微裂纹增韧效应， 被广泛用于增韧其他陶瓷和脆性金属间化合物，如将纳米ZrO2粒子分散于氧化铝陶瓷中能增强其抗弯强度和断裂韧性。 1.3 气敏传感器上的应用 Zr02氧传感器因尺寸小、价格低、性能可靠等，在节约能源、环境保护方面得到了广泛的应用。现主要应用于热处理炉的气氛控制、锅炉的燃烧控制及汽车发动机的空气、燃料比控制和废气排放控制等。 铈由于它的4f电子结构能够产生多种形式的电子云，从而导致其具有独特的物理、化学性能，以至其在许多领域广泛的应用。如铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃；稀土元素铈作为催化助剂，能够显著提高贵金属Pd催化剂的催化活性， 使CO 氧化反应的起燃温度降低了约130K。而二氧化铈是一种已被广泛应用于催化剂口 、燃料电池 、抛光粉 、储氢材料、氧传感器、光学器件和功能陶瓷等方面的一类重要的氧化物。二氧化铈具有良好的储存与释放氧性能及较强Ce3+／Ce4+ 氧化还原性能，已用于汽车尾气净化催化剂的添加剂。在一氧化碳低温氧化、水气变换反应、甲烷与二氧化碳重整等许多反应中，二氧化铈也用作催化剂的载体或助剂。CeO2对陶瓷材料的介电性能有着重要影响，随着CeO2加入量的增加，材料的介电常数、介电损耗、击穿场强都会先后发生显著的变化。CeO可以对(Ba，sr，Ca)TiO 陶瓷介电性能和微观形貌产生影响，从而获得大容量、低损耗、高耐压的陶瓷电容器瓷料[4,5,7]。 2. 三维有序大孔材料的制备 大孔材料常见的制备方法有：发泡法，取代法，模板法（包括胶态晶体模板法，生物模板法及微乳模板法）以及沉