焙烧温度对复合储氧材料性能的影响

自上世纪80年代初期以来,稀土铈氧化物(CeO2)作为一种储氧材料已在汽车三效催化剂(TWC)中得到了广泛应用。众所周知,CeO2在富氧和富燃条件下有储氧和释放氧的功能,CeO2在缺氧条件下可通过Ce4 转化成Ce3 而释放出氧气,在富氧条件下Ce3 又可氧化成Ce4 而吸收氧,即2CeO2(Ce2O3 1/2     

添加稀土氧化物助剂的CeO2-ZrO2固溶体的储氧性及热稳定性研究

大多数工业催化剂都是在稳定的操作条件下进行的,然而汽车尾气净化催化剂却被暴露在大气中,使用条件经常变化,尤其是空燃比(A/F)的变化,直接影响了对氧敏感的三效催化剂的氧化和还原性能[1].CeO2则是一种具有储氧/释氧能力的催化材料,它作为助剂加入三效催化剂中,可在贫况下储存氧(以Ce4+存在)利于NOx的还原,在富况下释放氧(以Ce3+存在),利于HC、CO的氧化,从而提高了催化剂的活性.然而,CeO2 的储氧性通常局限在表面上,当温度超过400℃以上时,其比表面积降低从而引起储氧性能急剧下降,直接影响催化剂的性能和寿命.     

CeO2-ZrO2-Y2O3对Pt-Rh型三效催化剂性能的影响

采用共沉淀法技术制备了Ce0.35Zr0.55Y0.10固溶体,并对其进行了比表面积、储氧量的测试和XRD的表征.将其用于低贵金属Pt-Rh型三效催化剂的制备,考察了CeO2-ZrO2-Y2O3对三效催化剂性能的影响.结果表明,Ce0.35Zr0.55Y0.10具有与Ce0.50Zr0.50O2相似的立方结构和相近的储氧量,经高温(1000 ℃)后仍能保持较大的比表面积(38.66 m2·g-1).和含Ce0.50Zr0.50O2的三效催化剂相比,含CeO2-ZrO2-Y2O3的三效催化剂经高温老化后,C3H8,CO,NO仍具有较高的转化率和较低的起燃温度.     

负载型Pd三效催化剂：载体CeO2-ZrO2-BaO的制备及催化性能

制备了不同BaO含量的CeO2-ZrO2储氧材料,并以此材料为载体浸渍H2PdCl6制得三效催化剂.结果表明,不论新鲜还是1 000 ℃老化状态下,以10%BaO添加CeO2-ZrO2储氧材料制备的Pd三效催化剂活性最佳,起燃和完全转化温度最低.XPS结果证实,10%BaO添加.通过稳定PdO活性组分并改变其电子环境使得催化剂有最佳活性.而随着BaO含量持续增加,Pd活件组分相对处于较氧化状态.储氧量、低温N2吸附-脱附测试以及XRD测试结果均表明10%BaO添加的材料储氧量,比表面积以及孔容均最大,而且有适应三效催化的孔径.这些结果均有助于以其制备的Pd三效催化剂获得更好的活性以及热稳定性.     

共沉淀法和模板法制备均匀负载CeO2/ SiO2的研究

CeO2是三效催化剂(简称TWC)中被广泛应用的涂层材料[1],其优良的储放氧能力(OSC)可以扩大TWC的工作窗口,并可以在与γ-Al2O3的相互作用中提高Al2O3的高温稳定性[2]。在高温下,CeO2会因晶粒迅速长大而失去储放氧能力。为了提高CeO2的高温抗烧结能力,以及进一步提高其氧化还原能力,大部分研究者选择了在CeO2晶格中掺入其他离子的方法,如:Zr4 、Pr3 、La3 等[3￣5],这些离子在CeO2晶格中引入了晶格缺陷,不但稳定了结构,而且提高了氧传输能力。SiO2具有很高的化学稳定性、高比表面及高热稳定性,是载体的理想选择。研究表明,CeO2负载…     

Ce_(1-x)Fe_xO_2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能

用水热法制备了不同摩尔比的系列Ce1-xFexO2复合氧化物碳烟燃烧催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(BET)、拉曼光谱(Raman)、H2程序升温还原(H2-TPR)及程序升温氧化反应(TPO)等技术考察了Fe含量对催化剂结构和性能的影响,重点探讨了催化剂表面性质和体相结构与催化活性和稳定性之间的关系.结果表明,Fe3+较难进入CeO2晶格中,部分Fe2O3分散在CeO2表面.铈铁固溶体(氧空位)有利于氧的吸附活化,而表面氧化铁对提高催化剂的抗老化能力起着重要作用.Ce0.8Fe0.2O2有最高的Fe3+掺杂量,有良好分散性的表面Fe2O3,显示出最好的催化活性和稳定性,催化碳烟的起燃温度(Ti)和生成CO2的峰值温度(Tp)分别为262和314℃.Ce0.8Fe0.2O2高温老化后的Ti和Tp仍较低,分别为292和392℃.     

合成方法对Rh/CeO2-ZrO2-La2O3催化剂的结构、表面性能及DeNOx活性的影响

用沉积沉淀法合成两种不同系列的CeO2-ZrO2-La2O3混合氧化物(ZrO2和La2O3沉积CeO2粒子(标记为A-x)以及CeO2和La2O3沉积ZrO2粒子(标记为B-x)),并用作Rh催化剂的载体。XRD、拉曼、TPR、XPS和O2脉冲等表征结果显示出不同的沉积顺序将导致不同的结构和氧化还原性能,且B-x具有更高的氧迁移性、储氧能力和表面Ce浓度。当其负载Rh后,Rh/B-x催化剂具有更高的NO和CO转化率及N2选择性,且Ce的最佳含量为50at%。这可能归因于Rh负载于富铈表面形成更多有利于NO分解的表面Ce3+活性位。     

CuO/CeO2/γ-Al2O3催化剂表面相互作用及Denox活性

作为“三效催化剂”的“储氧”组分,CeO2助剂既起到γ－Al2O3载体的作用,也能促进活性组分的分散。因此催化剂表面CeO2的状态及其与被载组分之间相互作用的研究已引起人们的广泛兴趣。但迄今,CeO2在γ－Al2O3表面上的分散容量以及其与催化剂活性组分相互作用的实质还存在很多争议。本文通过改变CeO2的担载量,研究了γ-Al2O3表面上CeO2的形态对CuO的分散状态、还原性能以及催化活性的影响,并结合嵌入模型,对实验结果进行了讨论。     

铈锰氧化物对二氯甲烷催化氧化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了系列Ce1-xMnxO2催化剂,运用BET,XRD,Raman,XPS和H2-TPR等方法对催化剂进行了表征。并考察了催化剂对CH2C l2催化氧化的性能。XRD结果表明,催化剂中Ce的加入可以有效抑制催化剂晶粒变大,且有部分Mn离子进入CeO2骨架中形成了固溶体;而XPS结果表明,催化剂中Mn物种以+3和+4价存在。H2-TPR结果表明,催化剂中Ce的加入降低了MnOx中晶格氧的还原温度。反应活性结果表明,Ce1-xMnxO2系列催化剂较纯CeO2,MnOx催化活性好,其本征活性顺序为Ce0.8Mn0.2O2Ce0.6Mn0.4O2Ce0.5Mn0.5O2Ce0.4Mn0.6O2Ce0.2Mn0.8O2CeO2MnOx。这可能是由于Ce的添加提高了催化剂中MnOx晶格氧的活泼程度,进而影响反应性能。     

以环糊精为模板剂制备不同粒径CeO2纳米粒子

稀土化合物由于具有许多特殊的性质而引起了世界各国科学家的高度重视.CeO2是一种廉价而用途很广的材料,如用于发光材料、催化剂、电子陶瓷、玻璃的抛光等.尤其,CeO2因具有特殊的储氧和释氧能力而作为重要的助催化剂在汽车尾气催化净化中得到广泛应用[1,2].大量文献研究表明,制     

铽改性铈锆固溶体

铽改性铈锆固溶体;Ce0.6Zr0.4-xTbxO2-y固溶体;三效催化剂;储氧材料;共沉淀法;溶胶-凝胶法     

汽车尾气净化用Pt/ZrO2-CeO2催化剂的表征与性能

汽车尾气净化用三效催化剂是一个多元复合型催化剂.以氧化铈或氧化铝为载体的催化剂其物理化学性质及催化性能已有报道[1,2],但载体氧化铈中添加氧化锆对催化剂性能影响的报道并不多.本文利用H2-TPR,CO-TPD和贮氧量测定等技术表征了CeO2中加入ZrO2后载体及催化剂的还原、吸附选择性及贮氧能力,并与三效反应进行了关联.     

Er掺杂对CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂脱硝性能的影响

氮氧化物(NOx)是大气污染的主要因素之一,对其排放的治理成为较为迫切的需求.氨气选择性催化还原法(NH3-SCR)是目前减少NOx排放中应用最为广泛的技术.目前,商业SCR催化剂主要是V2O5(WO3,MO3)/TiO2,但其具有活性温度窗口窄、N2选择性低和对环境影响大等缺点.因此,新型的催化活性高且活性温度窗口宽的环境友好催化剂成为脱硝催化剂的研究热点.CeO2因其独特的氧化还原性能和优异的储释氧能力在催化领域具有广泛应用,在NH3-SCR中也研发出较多类型的铈基催化剂.我们课题组前期研发了具有优异脱硝性能的CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂,为拓展其应用范围,需要进行更深入的研究.理论上,Ti4+,Ce4+以及Zr4+离子的价态均高于Er3+,且离子半径相近.换言之,Er2O3能够与TiO2以及CeO2产生缺陷反应增大催化剂的缺陷浓度,进而提高催化剂的催化活性.本文以溶胶-凝胶法制备了一系列Er掺杂CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂,测试了样品的NH3-SCR催化活性和N2选择性,并且在320℃下连续24 h测试了水蒸气、SO2以及两者混合作用对催化剂活性的影响.使用X射线衍射(XRD)、N2等温吸附-脱附(N2-BET)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、光致发光光谱(PL)、电子顺磁共振(EPR)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征.XRD结果显示,Er掺杂后催化剂的结晶程度降低,且图谱中没有出现明显的EF2O3衍射峰,即Er在催化剂上有较好的分散度且掺杂抑制了催化剂的晶化.NH3-TPD和H2-TPR结果表明,Er掺杂降低了酸强且提高了储释氧能力,催化剂的氧化还原能力则有所减弱.PL和EPR测试结果显示,掺杂后的催化剂氧空位浓度和Ti3+浓度有所增加,与前期理论设计一致.XPS测试结果表明,掺入Er后催化剂的化学吸附氧含量和Ti3+浓度增加,Ce3+浓度基本不变,推测是CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂中掺入的Er主要与载体TiO2,而不是与活性组分CeO2或助剂ZrO2产生缺陷反应的结果.CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂最高活性为94.28％,其活性温度窗口为230-390℃,掺入Er (Er∶Ce=0.10∶1)后,催化剂的整体活性尤其是350℃以下的催化活性具有明显提升,最高活性达到98.85％,活性温度窗口也拓展为220-395℃.单独的水蒸气对催化活性影响很小,SO2会部分降低催化剂活性,而当两者混合作用时,催化剂活性下降最为显著,且Er掺杂后CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂的抗中毒能力有所增强.Er掺杂CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂显示出较好的抗硫抗水中毒能力以及较高的NH3-SCR催化活性和N2选择性,应该是一种具有应用前景的SCR催化剂.Er掺杂降低了催化剂的酸强,抑制了TiO2和铈锆固溶体的晶化,提高了Ti3+和氧空位浓度并增强了储释氧能力,是CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂活性提高的主要原因.     

氧化铈促进的高效Au/Al2O3催化剂制备及其催化CO选择氧化反应性能

近年来,伴随全球能源危机的加剧,以及温室效应和细颗粒物等一系列环境问题出现,各国研究者正努力寻求和开发可持续利用的新能源来代替传统的化石能源.燃料电池具有能量转化效率高、对环境排放低和污染小等优点,作为一种新的环境友好型技术而广受关注.在众多的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有能量效率高和工作窗口温度
　　低等优势而备受关注.但是, PEMFC燃料以H2为主,主要来源是烃类的重整气,但其中痕量的CO (10 ppm)将会引起Pt电极中毒,导致PEMFC性能迅速下降,因此如何有效地祛除富氢气体中的CO并尽可能减少H2的消耗具有重要研究价值.目前, CO选择氧化法(CO-PROX)是公认的最简单、廉价和有效的办法之一. CO的消除通常选用霍加拉特催化剂,虽然Cu基催化剂具有低廉的成本和较好的CO催化氧化性能,但是当反应中有H2O和CO2存在时,其活性会迅速下降. Au催化剂具有优异的低温CO催化氧化性能,但在PEMFC的工作温度窗口为80–120oC时,随着反应温度提高, H2与CO之间的竞争吸附变强,采用单组分Au催化剂难于在80–120 oC内使CO完全氧化.因此,设计并制备高效的Au催化剂来提高其在PEMFC工作温度(80–120 oC)条件下CO-PROX反应活性和选择性仍然是目前该方向的难点.氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物,由于Ce具有独特的4f电子层结构, Ce3+/Ce4+在一定条件下可以相互转化,具有较高的储放氧能力,即能够在富氧条件下储存氧,在贫氧条件下释放氧. CeO2是一种重要的氧化反应催化剂载体,是三效催化剂的主要组成部分,在净化汽车尾气方面稀土元素具有独特的优势,广泛应用于CO氧化和NOx消除等领域中.最近,本课题组以自制的氧化铝为载体,制备了K掺杂的Au-Cu/Al2O3催化剂,其在CO-PROX反应中具有较好的催化活性和稳定性.本文在此基础上,利用Au与CeO2之间的相互作用,制备了CeO2掺杂的Au/CeO2/Al2O3催化剂和K掺杂的Au-Cu/CeO2/Al2O3催化剂.表征结果发现,催化剂中Au和Au-Cu纳米粒子的尺寸均一,平均粒径分别为2.4±0.4和2.8±0.4 nm.与Au/Al2O3催化剂相比, Ce掺杂的Au催化剂具有更高的金属分散度,拓宽了其CO完全转化时的反应温度窗口(30–70 oC).对所制备的Au催化剂进一步通过拉曼光谱、H2程序升温还原和CO-红外光谱等手段分析和CO-PROX催化性能测试,可以证实Au-Cu/CeO2/Al2O3催化剂中各组分在CO-PROX反应中所起的作用.结果表明, CeO2的掺杂能增强活性组分与载体之间的相互作用,有助于提高Au-Cu纳米粒子的分散度,此外还能提高Au催化剂的还原性能,其表面形成的氧空位提高了CO-PROX反应的催化性能. Cu物种的引入显著增强了CO在Au催化剂上吸附能力.综上所述, CeO2组分对Au/Al2O3催化剂的促进作用体现在：(1)有效锚定Au和Au-Cu纳米粒子;(2)提供CO-PROX反应中的活性氧物种.     

纳米CeO_2的催化基础及应用研究进展

纳米CeO2作为一种重要的催化材料,在CO催化氧化、有机合成催化、光催化,以及生物抗氧化等方面都有着重要的应用。纳米CeO2中Ce3+和Ce4+间的可逆转变过程伴随着氧空穴的生成与消除,从而赋予了纳米CeO2优异的氧存储与氧释放能力,也成为CeO2催化应用的基础。本文在简要总结近年来CeO2催化研究及应用进展的基础上,以CO催化氧化反应为例,分别从尺寸、形貌、氧缺陷活性位点三个方面介绍了影响CeO2催化活性的因素,对纳米CeO2的催化基础研究及应用发展提出了展望。     

Pd/γ-Al2O3三效催化剂中CeO2-ZrO2-La2O3的作用

用浸渍法制备了CeO2-ZrO2-La2O3复合氧化物,用XRD,TG-DTA,拉曼光谱、H2-TPR和BET表面积测定等方法对合成的样品进行了表征,研究了在单钯Pd/γ-Al2O3催化剂中添加CeO2-ZrO2-La2O3对催化剂活性和热稳定性的影响.结果表明,在Pd/γ-Al2O3中加入三元复合氧化物有利于提高三效催化剂的热稳定性,有利于阻止γ-Al2O3在高温时的相变以稳定Al2O3结构,防止在高温条件下催化剂表面积的损失.在Pd的负载量为1 g*L-1条件下,测定了Pd/CeO2-ZrO2-La2O3/γ-Al2O3/蜂窝陶瓷催化剂对CO,C3H6和NO净化的三效活性,研究了催化剂的结构和三效催化活性之间的关系.结果表明,CeO2-ZrO2-La2O3的存在能明显提高Pd基催化剂对CO,C3H6和NO的三效净化活性,扩大催化剂的操作窗口,提高在富氧条件下对NOx的还原性能.     

Pd/γ-Al2O3三效催化剂中CeO2助剂的作用

 研究了以浸渍法制备的以氧化铈为助剂的Pd／CeO2－Al2O3催化剂,对丙烯和一氧化碳氧化及一氧化氮还原反应的三效催化活性．主要考察了钯及CeO2助剂含量对催化剂三效转化活性的影响,并对部分催化剂进行了X射线光电子能谱（XPS）及氧饱和吸附后NO吸附的程序升温脱附－质谱（TPD－MS）表征．结果表明,在Pd含量（不大于1．0％）较低时,增加Pd含量可明显提高催化剂的活性．适量的CeO2能使Pd催化剂具有较好的热稳定性及富氧条件下的转化活性,过量的CeO2会降低催化剂的热稳定性．CeO2助剂使Pd／CeO2－Al2O3催化剂中的Pd2＋较易被还原为Pd0,并促进Pd上NO的解离吸附．     

纳米CeO2基固溶体催化柴油机碳颗粒物燃烧性能

采用柠檬酸溶胶鄄凝胶法制备CeO2基固溶体催化剂(Ce0.7Zr0.3O2-δ、Ce0.7Pr0.3O2-δ和Ce0.7Gd0.3O2-δ), 并考察了固溶体和三种常用载体(TiO2、SiO2和Al2O3)及其负载KNO3后的催化碳黑燃烧活性. 结果表明, CeO2基固溶体催化剂具有很高的催化燃烧活性, 其活性接近TiO2、SiO2和Al2O3负载30%KNO3催化剂的活性. 因为纳米CeO2基固溶体的形成, 提高了催化剂的抗烧结能力, 使氧更活泼, 从而提高氧化还原性能, 有利于碳颗粒燃烧. 由于CeO2基固溶体本身的高活性, 因此KNO3的添加不能明显提高CeO2基固溶体催化剂(尤其是Ce0.7Zr0.3O2-δ和Ce0.7Pr0.3O2-δ)的催化燃烧活性, 但KNO3能显著提高TiO2, SiO2和Al2O3的催化燃烧活性.     

铈基复合氧化物载体对钯催化剂三效催化性质的影响

采用共沉淀法制备了CeO2,Ce0.6Zr0.4O2和Ce0.6Zr0.3Co0.1Ox载体材料,采用沉积沉淀法制备了Pd/CeO2,Pd/Ce0.6Zr0.4O2和Pd/Ce0.6Zr0.3Co0.1O2-x催化剂。采用X射线衍射、氮气吸脱附、透射电子显微镜和氢气程序升温还原技术对三种催化剂的物化性质进行了表征,研究了其三效催化性质和热稳定性。结果表明:沉积沉淀法能制备出较小粒径且均匀分散的钯催化剂。掺杂钴元素(Co)可以改善载体及催化剂的氧化还原性能,提高催化剂的三效催化活性,并拓宽催化剂的三效工作窗口。Pd/Ce0.6Zr0.3Co0.1O2-x在水热老化后表现出良好的催化活性和优异的氧化还原性能。     

从钯纳米溶胶出发制备Pd/Ce0.6Zr0.4-xYxO2纳米三效催化剂

从Pd纳米粒子溶胶出发,采用一步沉淀法和浸渍法分别制备了0.5%(质量分数)Pd/Ce0.6Zr0.4-x Y x O2(x=0,0.03,0.05,0.1)负载型三效催化剂,考察了贵金属纳米粒子的负载方法以及Y的掺杂量对三效催化活性和水热稳定性的影响。结果表明,和浸渍法制备的催化剂相比,采用一步沉淀法制备的催化剂具有更高的三效催化活性。对于一步沉淀法制备的催化剂,Y的掺杂量对新鲜样品的三效催化活性影响不大,然而,900℃水热老化后,Y的掺杂量为0.05的Pd/Ce0.6Zr0.35Y0.05O2催化剂表现出最佳的催化活性,且其三效窗口也最为稳定。以上研究结果表明,一步沉淀法是一种从贵金属纳米溶胶出发制备纳米三效催化剂的有效方法,且在铈锆储氧材料中掺杂适量的Y元素可以进一步提高催化剂的三效催化活性和水热稳定性。