CeO-,2-基納米材料的合成及催化性能研究.pdf

1、納米材料以獨(dú)特的光、電、磁、催化等性能受到廣泛的關(guān)注。這些特殊的性能取決于材料的尺寸、表面結(jié)構(gòu)以及粒子間的相互作用力等因素，主要表現(xiàn)為表面效應(yīng)，體積效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等。這些效應(yīng)對(duì)于材料的催化性能有著顯著的影響，因此納米材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用被一致公認(rèn)為納米材料最具潛力的研究方向。
　　 本文使用水熱法成功制備了形貌各異、比表面積相近的CeO2納米材料，包括：納米線(長(zhǎng)徑比約為20)、納米棒(長(zhǎng)徑比約為10)、納米球(平均直徑為

2、320nm)和納米粒子(平均粒徑6nm)。并對(duì)其精細(xì)結(jié)構(gòu)、催化性能和氧化還原性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)CeO2納米材料的形貌對(duì)于其催化性能有著顯著的影響，這是由晶面本身的性質(zhì)所決定的。主要暴露活潑晶面{110}和{100}的CeO2一維納米材料較傳統(tǒng)的納米粒子(主要暴露{111}面)具有更優(yōu)的一氧化碳催化性能。盡管具有相似的幾何構(gòu)型和表面晶面組成，但是納米線材料由于其表面上暴露的高活性{100}晶面比例較高，從而顯示出較納米棒材料更高的催

3、化活性。
　　 在此基礎(chǔ)上，為了更深入地研究CeO2納米材料的形貌效應(yīng)，文章考察了水熱條件對(duì)CeO2納米線材料的形貌和催化性能的影響，并且進(jìn)一步提出了其生長(zhǎng)過(guò)程的模型。結(jié)果表明，CeO2材料上盡管在一定的范圍內(nèi)表面晶面的種類和分布對(duì)催化性能的影響起主要作用，但是材料的催化性能是表面暴露晶面的種類、比例以及材料的比表面積的綜合作用結(jié)果。
　　 在CeO2納米球的合成過(guò)程中，球的尺寸與反應(yīng)物中尿素的濃度相關(guān)，尿素濃度高球的尺

4、寸小。因此推測(cè)在此過(guò)程中尿素起到了雙功能的作用：其水解產(chǎn)生的氣泡是合成球狀材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，而產(chǎn)生的OH-和CO32-為沉淀劑。
　　 由于CeO2材料通常被用作催化劑的載體或者助劑以獲得優(yōu)化的催化性能，所以本文將Au負(fù)載于CeO2納米粒子上，詳細(xì)研究了其催化性能與Au粒子尺寸的關(guān)系。結(jié)果顯示，在不改變載體CeO2表面性質(zhì)的前提下，催化劑的活性隨著Au粒子尺寸的增加而下降。這是因?yàn)锳u粒子的尺寸的變化會(huì)改變反應(yīng)物在催化劑上的吸附

5、以及催化劑本身的氧化還原能力。將Au粒子尺寸與轉(zhuǎn)換頻率相關(guān)聯(lián)后，發(fā)現(xiàn)不同的催化反應(yīng)中，起主要作用的Au原子位于粒子上不同的位置。在本文的實(shí)驗(yàn)條件下，Au對(duì)CO催化氧化起主要作用的位置是Au粒子表面上低配位數(shù)的頂點(diǎn)原子；而對(duì)水汽變換反應(yīng)起主要作用的則是Au粒子上的臺(tái)階原子。
　　 在Au/CoCeOx催化劑中CeO2作為助劑，促進(jìn)了材料中CoOx的分散，獲得了較大的比表面積，因而其具有良好的CO氧化性能。其中Au化學(xué)狀態(tài)對(duì)其催化性