三維大孔sio2載體上la1-x(srce)xco1-yfeyo3的制備負載及其催化性能的研究【開題報告】

1、開題報告開題報告應(yīng)用化學應(yīng)用化學三維大孔三維大孔SiO2SiO2載體上載體上La1x(SrCe)xCo1yFeyO3La1x(SrCe)xCo1yFeyO3的制備負載及其催化性能的研的制備負載及其催化性能的研究一、選題的背景與意義最近十幾年，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通擁堵加劇，空氣污染嚴重，來自汽車尾氣排放的有害氣體主要為CO、NOx、HC、SO2和微粒等[1]。隨著人們環(huán)保意識的加強，汽車所帶來的環(huán)境污染問題已日益受到社會公眾的關(guān)注

2、和重視[2]。目前，市場上使用的大部分是貴金屬催化劑，如鉑、鈀、銠催化劑或含有三者的三效催化劑。盡管對汽車尾氣的催化效果很好，但由于貴金屬稀有和昂貴，明顯提高汽車成本[3]。20世紀70年代初，國外學者發(fā)表了鈣鈦礦型稀土催化劑用于汽車排氣凈化的研究，指出稀土催化劑比貴金屬催化劑具有更高的活性、化學穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和更長的壽命，同時也是還原NOX的有效催化劑[4]。鈣鈦礦是以俄羅斯地質(zhì)學家Perovski的名字命名的，最初是指CaTiO

3、3。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物的指化學組成可用ABO3來表達，晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系的復(fù)合金屬氧化物，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示[5]。ABO3是一種立方晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物，A一般是半徑較大的稀土或堿土元素離子，位于12個氧原子組成的十四面體的中央，B為半徑較小的過渡元素離子，一般占據(jù)一個八面體結(jié)構(gòu)中心，rA、rB、rO分別表示A、B、O的離子半徑，若要形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，容限因子t=(rArO)√2(rBrO)，其中rA＞0.09nm，rB＞0.

4、051nm，且必須滿足0.8＜t＜1，否則會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)畸變，ABO3中的A和B的電價總和為6，且離子半徑匹配方可形成鈣鈦礦型化合物[6]。在鈣鈦礦型復(fù)合氧化物ABO3中，A離子不直接參加反應(yīng)，主要起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，催化活性主要由B位元素所決定，但A位離子被化合價不同的其它金屬離子置換時，可導致B位金屬離子的化合價變化(異常原子價、混合原子價)或出現(xiàn)氧晶格缺陷等。研究表明[7]鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的氧化活性主要是反映B位置離子的單獨氧化物(B

5、On)的活性，A離子基達到了最好的平衡。制備工藝對催化劑的催化活性有重要的影響，近來，發(fā)現(xiàn)一些能制備高比表面催化劑的方法，如共沉淀法、煅燒法、溶膠凝膠法和水熱法[18]。郭錫坤等[19]采用了共沉淀法和溶膠凝膠法同時制備LaNiO3，發(fā)現(xiàn)溶膠凝膠制備方法較好。王曉棟等[20]采用檸檬酸絡(luò)合樹脂法制備催化劑前驅(qū)體。鈣鈦礦型催化劑采用Ba進行A位取代、Co進行B位取代。按金屬離子物質(zhì)的量之比移取La(NO3)3、Ba(No3)2、Co(NO

6、3)2、Fe(NO)3溶液混合，按金屬離子摩爾數(shù)m(La3、Ba2、Co2、Fe3的摩爾數(shù)之和)：檸檬酸物質(zhì)的量：乙二醇物質(zhì)的量=1：1：2加入檸檬酸和乙二醇。水浴升溫至80℃，加熱攪拌。隨著溶液水分的蒸發(fā)及聚酯化反應(yīng)的進行，溶液經(jīng)溶膠一凝膠過程得到前驅(qū)體。前驅(qū)體在烘箱中于140℃烘干。綜上所述，本課題借鑒前人的研究成果，以目前公認的較好La1x(SrCe)xCoO3為基礎(chǔ)，在B位適當添加Fe采用檸檬酸溶膠凝膠法，于三維大孔SiO2上原

7、位制備催化劑，以期得到效果更優(yōu)的汽車尾氣催化劑。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：1.本課題研究的主要內(nèi)容1)采用檸檬酸溶膠凝膠法在三維超薄膜SiO2載體上原位制備一系列鈣鈦礦型復(fù)合氧化物La1x(SrCe)xCo1yFeyO3，獲得催化劑載體體系；2)測定催化劑載體的物相、形貌及比表面積；3)測定催化劑載體的催化活性。2.擬解決的主要問題1)符合汽車工況條件的高催化活性的催化劑2)設(shè)計一套科學和符合實際應(yīng)用的評價體系三、研究的方法