氧化鈰基納米材料的介孔結(jié)構(gòu)合成，形貌控制及其性質(zhì)研究.pdf

1、CeO2是一類重要的稀土氧化物，在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。納米化后的CeO2具有特殊的性質(zhì)及應(yīng)用，相應(yīng)地在多孔結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，及微觀形貌的要求也越來越高。因此，納米CeO2的孔結(jié)構(gòu)與形貌控制及其應(yīng)用研究成為迫切需要解決的課題。本文研究了不同介孔結(jié)構(gòu)、微觀形貌的納米CeO2合成方法和過程機(jī)理，并探索了其在CO轉(zhuǎn)化、染料廢水降解的催化氧化性能。主要研究內(nèi)容和成果概括如下： 1．以檸檬酸為螯合劑，CTAB為模版劑，利用改進(jìn)的溶劑

2、揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)方法合成了高比表面積的介孔CeO2?？疾炝薈d3+與CTAB的摩爾比以及煅燒溫度對介孔CeO2粉體比表面與孔徑的影響，結(jié)果表明檸檬酸、CTAB與硝酸鈰的摩爾比為1：1：1，煅燒溫度為300℃下得到的介孔CeO2的比表面積最大(205 m2·g—1)、孔道相對規(guī)則，其催化活性最高。在介孔CeO2的合成過程中發(fā)現(xiàn)隨著煅燒溫度升高，比表面積減小，介孔逐漸被破壞，相應(yīng)地催化活性降低。 2．以乙酸鈰為無機(jī)源，P1

3、23(或F127)嵌段共聚物為模版劑，利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝的方法首次合成得到了孔壁晶粒高度定向排列的介孔介晶CeO2。In—situTEM原位觀測表明，在600℃至800℃高溫加熱狀態(tài)下，孔壁完整性仍然得到了很好的維持，在于晶粒取向高度一致的條件下晶粒的無序長大受到了很好的抑制，從而避免了孔道的塌陷。當(dāng)ZrO2摻雜摩爾份數(shù)x小于等于0.3時(shí)，Ce1—xZrxO2仍為固溶的單一立方相，且孔壁的定向排列未受影響，暴露晶面仍以{200}為主

4、，當(dāng)x超過0.3后，四方相開始析出，使得孔壁晶粒逐漸向無序取向轉(zhuǎn)化，并最終成為立方相CeO2與四方相ZrO2的復(fù)合態(tài)。CO氧化探針反應(yīng)表明，由于介孔介晶Ce0.7Zr0.3O2維持了高活性面{200}的暴露，且比表面積達(dá)到最大，顯示了最低的T50值，當(dāng)摻雜量進(jìn)一步升高后，T50值也相應(yīng)升高，歸因于晶粒取向雜亂后的活性位減少與比表面積的降低。 3．在水熱條件下以硝酸鈰和六次甲基四胺(HMT)為原料首次合成出了棱柱狀形貌的介晶CeO

5、2，研究了反應(yīng)濃度比、反應(yīng)溫度、溶劑類型對CeO2形貌結(jié)構(gòu)的影響。提出棱柱狀形貌的介晶CeO2的形成機(jī)制遵循相臨晶界面一致原則，納米晶粒沿著軸向定向聚集形成。相對于普通塊狀CeO2粉體，介晶CeO2粉體的紫外吸收特征峰發(fā)生了紅移，其光子帶隙Eg=3.02eV，小于塊狀CeO2粉體光子帶隙(Eg=3.19eV)，推測跟棱柱狀形貌的介晶CeO2存在的孿晶等缺陷有關(guān)。 4．以自制碳球?yàn)槟０?，HMT為沉淀劑，通過層層自組裝的方法制得了C

6、eO2/碳球復(fù)合材料，經(jīng)煅燒處理后得到了CeO2空心球，其中空直徑約為250 nm，外殼厚度約為20 nm。研究了硝酸鈰與碳球的質(zhì)量比與煅燒溫度對空心結(jié)構(gòu)的影響。CeO2空心球和無孔CeO2標(biāo)樣對CO催化氧化比較后，發(fā)現(xiàn)CeO2空心球由于具有良好的氣體通透性與吸附性，催化活性得到明顯提升。 5．以嵌段共聚物P123為表面活性劑，水熱合成了管徑約為20nm左右，長度為500nm—1μm的CeO2納米管。研究了水熱反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度

7、、表面活性劑濃度對形貌演化的影響，研究表明，以六方晶系的Ce(OH)3為晶種，納米管的形成遵循“溶解—異向生長—自卷曲”機(jī)制。探索了不同形貌CeO2催化氧化處理亞甲基藍(lán)染料廢水的降解效果，研究發(fā)現(xiàn)CeO2納米管相對于CeO2納米顆粒和CeO2納米棒，對染料的脫色率有明顯提高，歸因于其良好的中空通透結(jié)構(gòu)對有機(jī)大分子的吸附，及其高活性面{220}的暴露引起的高氧化還原活性。 6．首次以改性的天然凹凸棒石為模板成功合成了管徑為20—4