低温熔盐法制备球状多孔 La1-xSrxMn0.8Fe0.2O3（0≤x≤0.6）及其催化 CO氧化性能

汽车尾气中 CO, HC, NOx,硫化物及其颗粒粉尘严重危害人们身体健康和大气环境,是大气环境的主要污染源之一.目前,尾气净化是其减排的最主要方式.汽车尾气催化剂的发展经历了几代的研究,一直以来广泛采用 Pt, Pd和 Rh等贵金属,但因其资源匮乏,价格昂贵,容易被 S和 P中毒,因此人们逐渐将目光投向非贵金属催化剂的研发.钙钛矿复合氧化物因具有独特的物理化学性质以及灵活的“化学剪裁”特性而在材料研究等领域颇受青睐,有望成为贵金属催化剂的替代品.一般而言,催化剂的比表面积越大,表面活性位点越多,其催化活性越高,且会明显降低起燃温度.目前,一些制备工艺,如水热法、共沉淀法、微乳液法和硬模板法,虽可在一定程度上提高催化剂的比表面积,但却存在费时、耗能及制备工艺复杂等缺点.因此,如何简单有效地制备出大比表面积的钙钛矿型催化剂依然是一个难题.本文以合成的分级多孔δ-MnO2微球为模板,采用熔盐法制备出球状多孔 La1-xSrxMn0.8Fe0.2O3(0≤x≤0.6)钙钛矿氧化物,研究了球状多孔钙钛矿氧化物的形成过程和合适的制备温度,以及 B位 Fe3+掺杂量为20%时 A位 Sr2+掺杂量对钙钛矿催化剂结构和催化活性的影响.采用 X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N2吸附-脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)和 X射线能谱(XPS)等方法对催化剂进行了表征.在固定床石英管反应器上评价了催化剂催化 CO氧化活性及稳定性,采用气相色谱联接氢火焰离子化检测器检测了产物和反应物的组成.结果表明,以分级多孔δ-MnO2微球为模板,采用熔盐法在450oC反应4 h制备出的球状多孔 La1-xSrxMn0.8Fe0.2O3(0≤x≤0.6)钙钛矿氧化物具有良好的结晶性、较大的比表面积(55.73 m2/g)和孔体积(0.37 cm3/g).其球状多孔结构的形成可分为两个阶段：原位形成钙钛矿相和纳片表面析出钙钛矿晶粒及钙钛矿晶粒的再生长.另外, FT-IR光谱表明, Fe3+和 Sr2+成功进入 A, B位.同时, CO转化曲线表明, B位 Fe3+的掺杂量为20%时, A位 Sr2+的掺杂量高于30%时可以明显改善催化剂催化 CO氧化活性： La1-xSrxMn0.8Fe0.2O3(0≤x≤0.3)的T50和T90分别在180和198oC左右;而 La0.55Sr0.45Mn0.8Fe0.2O3和 La0.4Sr0.6Mn0.8Fe0.2O3的T50均低于125oC; La0.55Sr0.45Mn0.8Fe0.2O3的T90为181oC,而 La0.4Sr0.6Mn0.8Fe0.2O3却仍低于125oC. XPS结果则证明,较高的催化活性得益于 La0.4Sr0.6Mn0.8Fe0.2O3表面存在较多的 Mn4+、氧空位及吸附氧.最后, La0.55Sr0.45Mn0.8Fe0.2O3和 La0.4Sr0.6Mn0.8Fe0.2O3的稳定性测试结果表明,采用熔盐法以δ-MnO2为模板在450oC焙烧4 h制备的多孔球状钙钛矿具有较好的催化稳定性.虽然催化剂制备工艺简单,周期短,但比表面积最大只有55.73 m2/g,为硬模板法的1/2,因此提高比表面积将是今后研究的方向.     

固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ阳极性能研究

采用溶胶凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ(x=0.3,0.4,0.5,0.6)系列阳极粉体。在1000℃下焙烧后,XRD结果显示粉体物相为单一的钙钛矿相。制备以La0.7Sr0.3Cr1-xMnxO3-δ为阳极,Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质,Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC复合阴极的电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。由扫描电子显微镜(SEM)观察表明单电池电解质致密,阳极孔径分布均匀,厚度约为20μm,多孔阴极厚度为10μm。采用直流四电极法测试以La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ为阳极用湿氢气作燃料时在800℃下获得最大输出功率为232.84 mW.cm-2,短路电流为0.92 A.cm-2。     

A2BO4型复合氧化物Dy0.5Sr1.5Mn1-xNixO4(0<=x<=1)的Rietveld分析和CO氧化催化活性

X射线衍射Rietveld分析和微反分析表明, A位含Dy的A2BO4型过渡金属稀土复合氧化物Dy0.5Sr1.5Mn1-xNixO4(0<=x<=1), 是空间群为I4/mmm的四方相K2NiFe型结构, A位和B位约有3%至7%的占位无序缺位。键价计算表明, B位Mn的平均价态在3.73至3.77之间, Ni在2.84至2.96之间。对CO氧化催化活性顺序为x=0.2>0.4>0.6>0.8>1.0。x=0.2的样品, 在空速5000h^-^1, 463K时, CO转化率达80%。     

复合阴极材料La1-xSrxCuO3-δ-SDC的制备及电学性能

合成具有单相正交钙钛矿结构的La1-xSrxCuO3-δ(x=0.15, 0.2, 0.3, 0.4)系列样品, 碘量滴定法实验结果表明, 随着Sr掺入量的增加, Cu3+离子的含量逐渐增加. 电学性能研究结果表明, La0.7Sr0.3CuO3-δ电导率最高, 与La0.6Sr0.4CoO3-δ相比, La0.7Sr0.3CuO3-δ具有更好的电化学性能, 可作为一种新的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料. 将La0.7Sr0.3CuO3-δ与不同质量比的中温电解质Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC) 固相混合, 制备复合阴极材料, 电化学性能测试结果表明, 掺入适量的SDC有利于降低La0.7Sr0.3CuO3-δ电极的极化, 获得性能更优越的IT-SOFC阴极材料, 提高在中温区单电池的输出功率.     

CexTi1-xO2负载锰基催化剂的制备及其低温NH3选择催化还原NO

用共沉淀法制备了CexTi1-xO2复合氧化物载体。XRD和低温N2吸附-脱附结果指出,当0.2≤x≤0.4时,CexTi1-xO2载体主要以无定形态存在,且Ce0.4Ti0.6O2的比表面积和孔容最大。Mn-Fe/CexTi1-xO2系列催化剂低温NH3选择性催化还原(SCR)NO活性结果表明,Mn-Fe/CexTi1-xO2的活性随着Ce含量的增加先增大后减小,其中Mn-Fe/Ce0.4Ti0.6O2的活性最佳,在41000 h-1空速下,催化剂在75℃起燃,NO转化率在113℃时即超过90%。而XRD和XPS分析结果指出,Mn-Fe/Ce0.4Ti0.6O2催化剂主要以无定形或微晶的形式存在,催化剂表面Mn和Fe与载体间存在强相互作用,且催化剂表面存在Ce3+/Ce4+氧化还原电对和较多的化学吸附氧,有利于NO氧化成NO2,同时催化剂表现出了较好的抗H2O和SO2性能。     

La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8的电化学性质及其在SOFC中的应用

采用凝胶浇注法制备具有较高氧离子电导率的固体电解质La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8粉料.X射线衍射结果表明,于1400℃焙烧后即形成了钙钛矿结构,无杂相存在.探讨了粉料压制坯体的致密化和导电性能在1450℃下与烧结时间的关系,发现烧结时间为18h时其相对密度达98.3%,而在24h的情况下,样品具有最佳的氧离子导电性.采用Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9作为阳极,La0.8Sr0.2Ga0.6Ni0.4O2.7作为阴极,组装了平板型固体氧化物燃料电池(SOFC).阳极和阴极分别通入含3%H2O的氢气和空气,750℃时的开路电压为1.04V,最大输出功率密度(P)达252mW/cm2(U=0.48V,J=525mA/cm2).     

A2BO4型复合氧化物Dy0.5Sr1.5Mn1-xNixO4(0<=x<=1)的Rietveld分析和CO氧化催化活性

X射线衍射Rietveld分析和微反分析表明, A位含Dy的A2BO4型过渡金属稀土复合氧化物Dy0.5Sr1.5Mn1-xNixO4(0<=x<=1), 是空间群为I4/mmm的四方相K2NiFe型结构, A位和B位约有3%至7%的占位无序缺位。键价计算表明, B位Mn的平均价态在3.73至3.77之间, Ni在2.84至2.96之间。对CO氧化催化活性顺序为x=0.2>0.4>0.6>0.8>1.0。x=0.2的样品, 在空速5000h^-^1, 463K时, CO转化率达80%。     

Cu离子A位掺杂对LaSrCoO4复合氧化物氧化性能的影响

采用聚丙烯酰胺法制备了La1-xCuxSrCoO4(x=0.2-0.8)复合氧化物,考察了Cu离子掺杂量(x)对CO及C3H8氧化反应活性的影响,并运用XRD、IR、TPR和TPD等多种手段对复合氧化物催化剂进行了表征。结果表明,催化剂活性随x的变化而变化,Cu部分取代A位La能提高LaSrCoO4催化剂的CO及C3H8氧化反应活性,当x=0.4时La1-xCuxSrCoO4催化剂的晶格氧和Co3 含量较多,晶格氧的活动性较高,催化活性最佳。     

多级孔La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(1-x)Co_xO_3的制备、表征及对CO+NO的催化活性

以三嵌段共聚物PEG-PPG-PEG (P123,M=5800)为软模板合成了6个多级孔钙钛矿型氧化物La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0),用XRD, SEM, BET, XPS对其进行表征,并测试了样品对CO+NO的催化活性。结果表明:在B位进行Co掺杂,催化剂的形貌及物化特性发生了显著变化。Co掺杂量在x=0.2时,样品La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(0.8)Co_(0.2)O_3的比表面积、孔容和表面B位金属含量最大,催化活性最佳,在反应温度为276, 242℃时分别对CO, NO的转化率达到90%。     

Cu-Ce-Zr-O复合氧化物催化剂的制备与三效催化性能

采用柠檬酸溶胶凝胶法制备了Cu-Ce-Zr-O复合氧化物催化剂. 当Ce∶Zr∶Cu摩尔比为2∶8∶5时,制得的Ce0.2Zr0.8Cu0.5-O2-λ催化剂具有较佳的三效催化性能和较宽的工作窗口. 当空燃比为1.33(富氧)时, CO, C3H6和NO的起燃温度分别为183, 257和236 ℃, 并且当温度高于340 ℃时都能完全转化; 催化剂经高温老化后CO, C3H6和NO的起燃温度仍较低,分别为225, 350和350 ℃. X射线衍射、X射线光电子能谱和程序升温还原的结果表明,部分Cu进入 Ce-Zr固溶体形成Cu-Ce-Zr固溶体; Cu与Ce产生协同效应使Ce0.2Zr0.8Cu0.5O2-λ催化剂的低温活性明显提高,并且在贫燃情况下具有更高的三效催化性能.     

Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8材料的制备及在三效催化剂中的应用

采用共沉淀法制备了Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8(0≤x≤0.4)材料, 并对所制备的材料进行了X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征, 测定了材料的比表面积(BET法)和储氧量(OSC), 同时采用氢气程序升温还原(H2-TPR)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)研究了材料的还原性能和表面酸性. 研究结果表明, Ce/Ti摩尔比大于1∶2的材料能形成立方萤石结构的固溶体, Ce/Ti摩尔比为1时, 材料表面Ce4+/Ce3+摩尔比达到最大; 随着Ce/Ti摩尔比的增大, 材料的储氧能力先增大后减小, 而TPR还原峰温则是先减小后增大, 当Ce/Ti摩尔比为1时, 材料的储氧量达到最大, 为660 μmol/g; 还原峰峰温最低, 为616 ℃. 以制备的材料为载体制备了一系列Pt/Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8三效催化剂, 并对催化剂进行了活性评价. 活性测试结果表明, 以Ce/Ti比为1的载体材料制成的催化剂对C3H8, CO和NO的起燃温度分别为236, 147和228 ℃, 表现出了优异的温度特性.     

钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂上一氧化碳的选择氧化

考察了在钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂上，氢气中一氧化碳选择氧化的催化性能，发现该催化剂具有优良的催化活性和选择性。LaMnO3中的锰被铜部分取代后可以提高其催化活性，当其中的镧再被锶或钡部分取代后所得的催化剂的催化活性进一步提高。其中以La0.8Sr0.2Mn0.5Cu0.5O3的催化活性为最佳，在该催化剂上，在40 000 mL·g－1·h－1下，155 ℃时CO可被完全转化为CO2，此时的选择性达54%，与铂催化剂的性能相近。反应气中加入CO2时，CO转化率下降，但选择性有所提高；加入水蒸气则使CO的转化率和反应选择性均下降。     

Syntheses，Structures and Properties of Some New Composition Perovskite Compounds：Sr_（0．6）Bi_（0．4）FeO_（2．7），Sr_（1－x）Bi_xFeO_（3－y） and Ba_（1．5）Pt_（0．5）Mn_2O_6

Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ，ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｏｍｅ　ＮｅｗＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＰｅｒｏｖｓｋｉｔｅＣｏｍｐｏｕｎｄｓ：Ｓｒ_（０．６）Ｂｉ_（０．４）ＦｅＯ_（２．７），Ｓｒ_（１－ｘ）Ｂｉ_ｘＦｅＯ_（３－ｙ）　ａｎｄ　Ｂａ...     

Cu掺杂对LaMnO3催化剂的结构和催化氧化性能的影响

采用非晶态多核配合的方法合成了La1-xCuxMnO3(x=0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)系列催化剂, 并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面测定仪(BET)等手段对催化剂的微观结构进行了表征. 研究了Cu掺杂对钙钛矿结构及其对CO催化氧化发光性能及催化氧化CO、CH4性能的影响规律. 结果表明, 当x≤0.1 时, Cu掺杂仍可形成单相的钙钛矿结构; 当x>0.1时, 过量掺杂的Cu以CuO杂相存在. Cu掺杂可改善La1-xCuxMnO3催化剂对CO和CH4的催化氧化活性. 经700 ℃焙烧3 h制备的La0.9Cu0.1MnO3催化剂具有最高CO催化氧化活性(T100%=170 ℃), 该结果与CO催化氧化发光结果一致.而La0.95Cu0.05MnO3催化剂对CH4的催化氧化活性最高(T95%=705 ℃).     

低浓度甲烷甲醇深度氧化Ag/La0.6Sr0.4MnO3催化剂

用柠檬酸溶胶－凝胶法制备钙钛矿型Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＭｎＯ３氧化物,并用Ａｇ对其进行修饰,制得Ａｇ／Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＭｎＯ３系列催化剂。结果表明,６％Ａｇ／Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＭｎＯ３催化剂上甲烷或甲醇氧化转化９５％时的反应温度Ｔ９５可低至７３５Ｋ（对ＣＨ４）或４２１Ｋ（对ＣＨ３ＯＨ）;适量Ａｇ的负载修饰并不改变催化剂基质氧化物Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＭｎＯ３的纳米级钙钛矿型结构;Ａｇ的掺杂诱使催     

低浓度甲烷甲醇深度氧化Ag/La0.6Sr0.4MnO3催化剂

Ag-modified La0.6Sr0.4MnO3 catalysts were prepared and their catalytic performance for deep oxidation of CH4 and CH3OH at low concentrations were investigated. The results showed that the La0.6Sr0.4MnO3 host catalyst with the perovskite-type nano-crystallite structure displayed considerably high catalytic activity for deep oxidation of CH4 and CH3OH at low concentrations. Ag modification to the La0.6Sr0.4MnO3 host catalyst resulted in significant enhancement of the catalyst activity, making the T95 (the reaction temperature needed for conversion of 95%of CH4 or CH3OH) lowered down to 735K (for CH4) and 421K (for CH3OH) from 813 and 465 K over the Ag-free system under the reaction conditions:0.1MPa,CH4/O2/N2=2/12/86(molar ratio),GHSV=45000 h-1 and CH3OH/O2/N2= 0.2/1.0/98.8 (molar ratio),GHSV=58000 h-1,respectively.The carbon containing product was almost CO2 and the contents of HCHO and CO in the reaction exit gas were both under GC detectable limit in both cases.
The results of spectroscopic characterization indicated that modification by proper amount of Ag-dopant did not change the perovskite structure of the La0.6Sr0.4MnO3 host catalyst as a whole. Interaction of Ag-dopant with the surface of the host catalyst,La0.6Sr0.4MnO3,was in favor of high dispersion of the Ag component at the catalyst surface and led to the oxidation of part of the Mn3+species to Mn4+,resulting in an increase of amounts of the reducible Mnn+ species and a decrease of their reduction temperature. On the other hand, this interaction led also to enhancement of adsorption ability of the catalyst toward O2 at relatively low temperature. High activity of the Ag modified La0.6Sr0.4MnO3 catalyst for CH4 and CH3OH complete oxidation was closely related to high redox-activity of the catalyst and its prominent adsorption-activation ability to O2 at relatively low temperatures.     

Ce0.5+xZr0.4-xLa0.1O2-Al2O3催化剂催化燃烧柴油车碳烟

采用共沉淀法制备了系列Ce_0.5+xZr_0.4-xLa_0.1O₂-Al₂O₃催化剂, 其中0≤x≤0.4且Ce_0.5+xZr_0.4-xLa_0.1O₂与Al₂O₃的质量比为1:1. 考察了该系列催化剂对柴油车排放碳烟的催化燃烧性能, 并用低温N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和氧气程序升温脱附(O₂-TPD)等手段对催化剂进行了表征. 研究结果表明该系列催化剂均形成了具有立方萤石结构的固溶体. 当x=0.2时, Ce³⁺离子在催化剂表面有一定的富集, 此时催化剂具有最大的β氧脱附峰和最好的表面还原性能, 同时具有良好的催化碳烟氧化活性, 碳烟在该催化剂的起燃温度为360 °C, 具有较好的应用前景.     

钙钛矿型La1+X/2Sr1-x/2Co1-xCuxO3催化CO氧化活性与表征

The catalytic activity and the reactive properties of perovskite-type oxides catalysts La(1+x/2)Sr(1-x/2)Co1-xCuxO3 for CO oxidation reaction were investigated. Results showed that the catalytic activity for CO oxidation reached to a maximum when x＝0.4. The temperature for complete CO oxidation under atmospheric and experimental conditions was 168℃. According to the stoicheometry of catalyst, all catalysts were oxygen defect compounds. The active oxygen species on this catalyst was the adsorbed oxygen which was adsorbed on the surface lattice oxygen defect. It was also found that Co4+ existed in the catalysts and the sufrace active oxygen species was caused by the Co4+. It was concluded that CO oxidation reaction on this catalyst was carried out by the valence change between Co3+ and Co4+ which was adjusted by the adsorbed oxygen.