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铈锆储氧材料的纳米级制备及性能研究

铈锆固溶体储氧材料是三效催化剂的重要组成部分,对拓宽催化剂的空燃比

窗口,稳定催化性能有着重要的作用。纳米催化材料由于尺寸效应表现出有别于

传统材料的物化性能及催化活性,受到广泛关注。

本文采用两相法制备纳米铈锆固溶体,并通过与传统铈锆进行储放氧性能比

较,明确了纳米材料特有的尺寸效应在铈锆固溶体上的体现;制备了介孔纳米铈

锆球体和具有壳核结构的铈锆/氧化铝复合氧化物,为制备具有抗高温烧结性能

的催化剂材料做了基础研究。系统研究了两相法制备纳米铈锆固溶体的成核、生

长机理,发现铈前驱体的水解速率、晶体的成核及生长速率更快,在反应初始阶段

首先得到富铈相纳米团簇,而后锆逐渐进入纳米晶体中,并最终形成均一的铈锆

固溶体;与常规铈锆固溶体比较,纳米级Ce0.6Zr0.4Osub2/sub样品的

[Cesup3+/sup]/[Cesup4+/sup]比值由0.233提高至0.403,400℃时样

品OSC由0.237mmol[O]/g提高至0.393mmol[O]/g,反应速率由0.016μmol

COsub2/sub·ssup-1/sup提高至0.021μmol

COsub2/sub·ssup-1/sup,反应活化能由61.2KJ/mol降低至46.1

KJ/mol。

采用气溶胶辅助自组装方法制备了介孔纳米铈锆固溶体,考察了酸、表面活

性剂等参数对铈锆固溶体结构及性能的影响。结果表明:随着有机酸酸性变弱,

晶体的成核、生长速率减慢,可以得到具有中空结构和层状有序排列结构的产物;

采用亲水端更长的F127为表面活性剂有利于提高材料的比表面积和孔体积,分

别为104m2/g和0.29cm3/g,且样品具有更高的储放氧能力,新鲜样品500℃时

的OSC值为0.551mmol[O]/g,老化样品700℃时的OSC为0.851mmol[O]/g;HCl

用量提高后,材料形状的完整性下降,老化处理后结构容易被破坏,导致样品储放

氧性能大幅度下降。

以形成乳液或微乳液为实验基础,制备具有壳核模型的铈锆/氧化铝复合氧

化物,并对样品进行了储放氧性能测试。结果表明:甲苯/水反应体系工艺较为繁

琐,得到的样品氧化铝层较厚,储放氧性能较差;采用四氢呋喃/水反应体系得到

的样品氧化铝厚度为1～2nm,氧化铝层厚度最薄,制备工艺最为简单,新鲜样品

500℃时的OSC为0.569mmol[O]/g,老化样品700℃的OSC为0.390mmol[O]/g,

在同系列样品中具有最高的储放氧性能;采用气溶胶辅助自组装方法可以快速、

连贯地制备具有壳核结构的铈锆/氧化铝复合氧化物,但表面活性剂减少后,氧化

铝层的厚度不均。