CeO2基氧化物储氧材料研究(Ⅱ)添加贵金属改进储氧能力

在高温老化的复合氧化物CZO和CZYO体系中,添加微量贵金属(Pt,Pd,Rh)明显提高还原速度并增加OSC.含贵金属的CZO或CZYO的OSC与其组成和贵金属的种类有关.较长时间(10 h)老化后含Pd的CZO3样品的OSC明显下降,CZYO2样品的OSC略有下降.含Pt/Rh,10 h老化后CZO3和CZY02样品的OSC均高于相应同条件老化的含Pd样品的OSC.     

CeO2基氧化物储氧材料研究 (Ⅰ) 制备、储氧性能研究

用共沉淀法制备了CZO和CZYO复合气化物,对在750,900,1050℃老化的样品进行XRD,BET和OSC的测试和分析。在高温条件下纯CeO2样品的比表面积和OSC迅速下降,晶粒尺寸快速增大;所制备的CZO复合氧化物由立方相和四方相两种结构的固溶体组成,在高温老化后氧化物晶粒的尺寸增大较快;CZYO复合氧化物中的Y含量增至0.15mol时形成均相的固溶体,且氧化物的晶粒尺寸增长较慢,Y起到了高温条件下稳定氧化物性能的作用;CZYO复合氧化物具有BET表面积大、OSC高等优良的耐高温性能,是适用于开发新一代TWO、的储氧材料。     

锰掺杂对铈锆复合氧化物储氧性能的影响

利用溶胶凝胶法制备了CeO2-ZrO2-MnOx复合氧化物，通过CO脉冲和CO-O2循环脉冲测试分别考察样品的完全储氧能力和动态储氧能力。掺杂方法使氧化锰和氧化铈在体相和表面均产生强相互作用。只有少部分Mn离子进入了CeO2晶体形成固溶体，其余以Mn3O4的形式弥散分布在表面。材料的储氧能力受到Mn掺杂量和Mn在CeO2晶格中的固溶度两个因素影响。当测试脉冲频率较低时，储氧能力主要取决于材料中可以储放氧成分的相对含量；而当脉冲频率较高时，材料中影响晶格氧迁移速度的缺陷浓度则成为影响OSC性能的主要因素。     

CeO_2-ZrO_2-Al_2O_3稀土储氧材料制备工艺的研究

采用化学沉淀法制备了系列CeO2-ZrO2-Al2O3稀土储氧材料,并用BET,XRD和储氧性能测定等表征手段考察了陈化时间、La2O3含量、反应pH和沉淀方式等工艺因素对CeO2-ZrO2-Al2O3比表面积、储氧性能和结构的影响。结果表明:当陈化时间为12 h,反应pH=10时,掺杂2%(质量分数)La2O3的CeO2-ZrO2-Al2O3样品在老化前后均具有很高比表面积和良好的储氧性能,并且pH为影响样品比表面积及热稳定性能的主要因素。与一步法沉淀相比,二步法制得的CeO2-ZrO2-Al2O3样品具有很高的热稳定性能,1050℃老化5 h后的样品比表面积高达46.4 m2.g-1,但储氧性能略差,这与Al2O3对CeO2-ZrO2的结构影响程度有关。     

Pr-Ce-Zr复合氧化物的结构与储氧性能研究

采用氨水共沉淀方法制备了PrxCe0.3－xZr0.7O2（x=0,0．1,0．2,0．3）复合氧化物,对样品进行了X光衍射、比表面积等表征及动态和静态储氧性能测试。结果表明,Pr进入铈锆的晶格,形成了良好的固溶体,并有效地阻止了水热老化处理造成铈锆的分相。在富锆复合氧化物中,Pr本身的氧化还原能力较弱,对固溶体的总储氧能力贡献不大;而适量Pr掺杂（10％,原子分数）可以对铈锆样品的表面改性,提高动态储放氧能力。     

不同铈添加量对CeO2-ZrO2-Al2O3材料性能的影响

采用共沉淀法制备了一系列不同铈添加量的CeO2-ZrO2-Al2O3(CZA)储氧材料,并通过XRD、低温N2吸附-脱附、氧脉冲吸附(OSC)和H2-TPR等手段进行了表征。XRD结果表明,在1 000和1 100℃高温焙烧后,当CeO2添加量为8%时样品具有最好的结构稳定性能。N2吸附-脱附结果表明,CeO2添加量为8%时样品具有最好的织构性能,1 000℃时,比表面积和孔容分别为:136.6 m2.g-1和0.38 mL.g-1;1 100℃时,比表面积和孔容分别为:83.7 m2.g-1和0.23 mL.g-1。OSC结果显示,CeO2添加量为8%时样品具有最大的储氧量,1 000℃和1 100℃分别为70μmol.g-1和31μmol.g-1。H2-TPR结果表明,CeO2添加量为8%时样品具有最佳的还原性能。     

碱性CeO2载体对Ru/CeO2催化剂氨合成活性的影响

钌基催化剂因其在低温低压下具有比常规的铁基催化剂更具活性的特点成为合成氨催化剂的理想选择.我们研究了CeO₂载体表面碱性对Ru基合成氨催化剂的影响.通过调节KOH沉淀剂的量来制备具有不同碱性位点的CeO₂载体（pH=10/11/12）,证明了催化剂适当碱性位点密度提高了合成氨催化活性.催化性能测试结果表明,1.25% Ru/CeO₂-11催化剂在3.8 MPa,450℃,H₂/N₂=3（60 mL·min^-1）下表现出优异的氨合成活性（7040 μmol·g^-1·h^-1）.CeO₂-11的碱性位点增强了载体的电子给予能力,这有利于电子向活性金属Ru转移,从而促进了N₂的活化.碱金属和碱土金属的引入提高了活性金属Ru的还原能力.4% Cs-1.25% Ru/CeO₂-11（12 000 μmol·g^-1·h^-1）催化剂具有更多的氧空位,这增加了Ru周围的电子密度并促进了N≡N的裂解.通过XRD,BET,SEM,CO₂-TPD,H₂-TPR和XPS分析了不同碱性CeO₂载体对合成氨催化反应的影响.     

贵金属原子在CeO2(111)表面吸附的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论系统研究了贵金属原子(Au、Pd、Pt和Rh)在CeO₂(111)表面的吸附行为。结果表明,Au吸附在氧顶位最稳定,Pd、Pt倾向吸附于氧桥位,而Rh在洞位最稳定。当金属原子吸附在氧顶位时,吸附强度依次为Pt > Rh > Pd > Au。Pd、Pt与Rh吸附后在Ce 4f、O 2p电子峰间出现掺杂峰;Au未出现掺杂电子峰,其d电子峰与表面O 2p峰在-4～-1 eV重叠。态密度分析表明,Au吸附在氧顶位、Pd与Pt吸附在桥位、Rh吸附在洞位时,金属与CeO₂(111)表面氧原子作用较强,这与Bader电荷分析结果相一致。     

硫中毒对Co3O4/CeO2复合氧化物上炭黑催化燃烧的影响

采用共沉淀法制备了CeO₂,Co₃O₄和一系列Co₃O₄/CeO₂复合氧化物催化剂,在400 ℃下含SO₂的氧化气氛中对催化剂进行了硫中毒处理,通过原位红外光谱、X射线衍射、程序升温脱附和X射线光电子能谱对新鲜和硫中毒的样品进行了表征. 结果表明,所有测试的硫中毒样品上均形成了硫酸盐,CeO₂上累积的硫酸盐明显比Co₃O₄上的多,Co₃O₄/CeO₂复合氧化物在硫中毒过程中形成了硫酸钴和硫酸铈. 对新鲜和硫化样品在NO/O₂气氛下进行了催化炭黑燃烧实验,发现Co₃O₄/CeO₂复合氧化物的活性和抗硫性能优于CeO₂,但抗硫性能低于Co₃O₄.     

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.     

Nanosized CeO2–SiO2, CeO2–TiO2, and CeO2–ZrO2 Mixed Oxides: Influence of Supporting Oxide on Thermal Stability and Oxygen Storage Properties of Ceria

The influence of SiO₂, TiO₂, and ZrO₂ on the structural and redox properties of CeO₂ were systematically investigated by various techniques namely, X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), UV–Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), high-resolution transmission electron microscopy (HREM), BET surface area, and thermogravimetry methods. The effect of supporting oxides on the crystal modification of ceria was also mainly focused. The investigated oxides were obtained by soft chemical routes with ultrahigh dilute solutions and were subjected to thermal treatments from 773 to 1073 K. The XRD results suggest that the CeO₂–SiO₂ sample primarily consists of nanocrystalline CeO₂ on the amorphous SiO₂ surface. Both crystalline CeO₂ and TiO₂-anatase phases were noted in the case of CeO₂–TiO₂ sample. Formation of cubic Ce_0.75Zr_0.25O₂ and Ce_0.6Zr_0.4O₂ (at 1073 K) were observed in the case of CeO₂–ZrO₂ sample. The cell ‘a’ parameter estimations revealed an expansion of the ceria lattice in the case of CeO₂–TiO₂, while a contraction is noted in the case of CeO₂–ZrO₂. The DRS studies suggest that the supporting oxides significantly influence the band gap energy of CeO₂. Raman measurements disclose the presence of oxygen vacancies, lattice defects, and displacement of oxide ions from their normal lattice positions in the case of CeO₂–TiO₂ and CeO₂–ZrO₂ samples. The XPS studies revealed the presence of silica, titania, and zirconia in their highest oxidation states, Si(IV), Ti(IV), and Zr(IV) at the surface of the materials. Cerium is present in both Ce⁴⁺ and Ce³⁺ oxidation states. The HREM results reveal well-dispersed CeO₂ nanocrystals over the amorphous SiO₂ matrix in the case of CeO₂–SiO₂, isolated CeO₂ and TiO₂ (A) nanocrystals and some overlapping regions in the case of CeO₂–TiO₂, and nanosized CeO₂ and Ce–Zr oxides in the case of CeO₂–ZrO₂ sample. The exact structural features of these crystals as determined by digital diffraction analysis of HREM experimental images reveal that the CeO₂ is mainly in cubic fluorite geometry. The oxygen storage capacity (OSC) as determined by thermogravimetry reveals that the OSC of mixed oxides is more than that of pure CeO₂ and the CeO₂–ZrO₂ exhibits highest OSC.     

Au/CeO2/SiO2催化CO低温氧化反应过程中CeO2的作用（英文）

采用具有分等级孔道结构的SiO2(HMS)为载体,通过润湿浸渍引入少量CeO2,经焙烧得到CeO2/HMS复合载体,然后采用沉积沉淀法负载上Au纳米粒子,得到Au/CeO2/HMS三元复合催化剂.通过X射线衍射、程序升温还原和原位红外光谱等手段表征了催化剂的结构.结果表明,CeO2的存在可控制Au颗粒的沉积并稳定载体上的纳米Au颗粒.Au/CeO2/HMS上CO低温氧化反应完全转化温度为60oC.高度分散的Au0可以活化CO,CeO2颗粒则可以提供反应需要的氧.稳定性测试结果显示,反应48h催化剂活性维持不变.     

TSL and EPR studies of SrBPO5 doped with CeO2and co-doped with CeO2 and Sm2O3

Thermally stimulated luminescence (TSL) and electron paramagnetic resonance (EPR) investigations were carried out on gamma irradiated SrBPO₅ samples doped with CeO₂ and co-doped with CeO₂ and Sm₂O₃. On gamma-irradiation at room temperature, BO₃ ^2–, O₂ ^– and O^– radicals were produced. It was seen that the O^– radical ion disappeared in the sample annealed at 500 K. It is proposed that the recombination between trapped electrons and O^– radical ions results in transfer of recombination energy to the impurity centre Ce³⁺ resulting in TSL glow peak at 485 K. In the case of co-doped samples energy transfer occurs between Ce³⁺ to Sm³⁺ resulting in increase in the intensity of glow peak at 485 K.The authors are grateful to Dr. V. K. Manchanda, Head, Radiochemistry Division, BARC for his keen interest and encouragement during the course of this work.     

Co3O4/CeO2异质结制备及其在碱性介质中电催化析氧性能

通过简易的两步法制备一系列Co_3O_4/CeO_2异质结。其结构、形貌和微结构分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)表征。在碱性介质中,其电催化析氧性能随着Co_3O_4/CeO_2质量比的变化而变化,并有一最佳值。当Co_3O_4和CeO_2质量比为58.5%时,在1.0 mol·L~(-1)KOH溶液中,10 mA·cm~(-2)的电流密度下,过电位为347 mV,Tafel斜率为72.7mV·dec~(-1),并且稳定性良好。此时的过电位低于Co_3O_4(440 mV)、商用RuO_2(359 mV)和CeO_2(570 mV)。X射线光电子能谱(XPS)显示Co_3O_4的部分电子向CeO_2转移。这导致复合材料的导电性提高,CeO_2表面的氧空位浓度和活性氧物种增加。     

CeO2的形貌特征对Ni/CeO2催化剂CO甲烷化性能的影响

通过改变制备方法合成了不同形貌的CeO_2载体(包括球状CeO_2-S、花苞状CeO_2-F和多面体状CeO_2-P),并用氨水配位浸渍法制备了Ni/CeO_2催化剂。研究了CeO_2载体结构与Ni/CeO_2催化剂上CO甲烷化反应性能的关系。结果表明,CeO_2-S、CeO_2-F和CeO_2-P载体暴露的晶面和氧空位不同,对Ni/CeO_2催化剂催化活性影响也不相同。CeO_2-S氧空位最多,Ni/CeO_2-S在350℃下CO转化率和CH4选择性分别达到99.19%和88.88%。10 h热稳定性测试结果表明,Ni/CeO_2-S催化剂上的积炭量最少(2.5%),CH4选择性一直保持在80%左右,分别是Ni/CeO_2-F的1.3倍和Ni/CeO_2-P的17.6倍。这主要归因于CeO_2-S载体比表面积较大,主要暴露[111]晶面,且表面氧空位含量较多,使Ni/CeO_2-S催化剂的载体与活性中心的相互作用增强,从而呈现出优异的抗积炭性能。     

花状CeO2/TiO2异质结的构筑及光催化性能

采用溶剂热法制备了三维花状CeO₂/TiO₂异质结光催化剂,然后以甲基橙(MO)为模拟有机污染物,在氙灯照射下考察了其光催化活性。结果表明,花状结构由纳米片和纳米颗粒复合而成,纳米片上均匀地附着CeO₂颗粒。Ce/Ti的物质的量之比(n_Ce/n_Ti)和溶剂热时间影响异质结的光催化性能,当n_Ce/n_Ti=0.1、溶剂热时间为6 h时,CeO₂/TiO₂的光催化活性达到最佳,氙灯照射50 min的降解率达95%,光催化活性优于纯TiO₂,这主要是CeO₂和TiO₂形成了异质结,有利于光生电子和空穴的分离。     

CeO2/TiO2光催化剂的制备及其可见光脱氮性能

采用溶胶-凝胶和浸渍掺杂两步法合成了CeO₂/TiO₂光催化剂,并对催化剂的理化结构进行表征分析;以吡啶-正辛烷体系为模拟油品氮源,研究了该催化剂在可见光作用下的光催化脱氮行为,并探究了光催化脱氮的最佳反应条件。 结果表明,掺杂的铈主要以CeO₂的形式存在,且增强了催化剂在可见光区的吸收;在可见光辐照150 min的条件下,铈的掺杂量质量分数为8%,所制备的CeO₂/TiO₂催化剂投入量为1.0 g/L时,模拟油品中吡啶的脱氮率高达76.45%。     

离子交换-双氧水氧化法制备纳米CeO2晶体

以99.995% Ce(NO₃)₃和强碱性阴离子交换树脂为原料，采用离子交换-双氧水氧化法合成制备出纳米CeO₂晶体。并就离子交换反应中的Ce³⁺浓度、树脂加入速度和离子交换温度及H₂O₂加入速度等条件对CeO₂粒径的影响进行了探讨，得出了离子交换-双氧水氧化法制备纳米CeO₂晶体的最佳工艺条件。FTIR、TEM分析表明，离子交换法无需对合成的Ce(OH)₃溶胶进行洗涤即可去除NO₃^-、CO₃^2-等阴离子杂质，并用H₂O₂将该溶胶氧化，经真空干燥可制得粒径分布均匀，平均晶粒尺寸约3 nm，高纯度的CeO₂粉体。