Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2固溶体制备方法研究
毕业论文关键词： Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2固溶体，制备方法，反相微乳法
Preparations of Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2 solid solution
Abstract: Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2 solid solutions were prepared by double inverse microemulsion method, single inverse microemulsion, sol-gel method and coprecipitation method. The specific surface area, pore diameter size and pore structure were characterized by BET specifc surface area, pore size distribution curve and the adsorption isothem curve. The results show that the samples prepared by two kinds of inverse micromulsion methods obtain high BET and wide pore size range (2-20 nm). However, samples prepared by sol-gel method and coprecipitation method have low specific area and narrow pore size distribution (2-10 nm). The pore structure is mainly the slit pore produced by particle accumulation or the pore of layered structure. The sample prepared by double inverse microemulsion method was characterized by XRD, TEM. The results show the Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2 solid solution is the homogeneous solid solution of cubic phase structure with the size of about 5 nm, which distributes uniformly.
Keywords: Ce0.4Zr0.24Pr0.03Al0.33O2 solid solution ; preparations;
inverse microemulsion method
前言
最近几年, 因为大量的汽车尾气排放，导致环境越来越恶劣，并且开始造成严重的后果，而三效催化剂(three way catalysts, TWC)应运而生，对于汽车尾气问题的解决行之有效。但是，由于汽车发动机的实际条件的限制, 良好的低温起燃性能和耐高温性能是 TWC 一定要具备的。然而TWC是以 CeO2为助剂的，当温度低于200 ℃时，基本上是失活的状态，温度高于 900 ℃时，助剂则会发生烧结从而导致催化性能大幅度下降[1]。CexZr1-xO2 (即在CeO2中掺杂 Zr4+所形成的铈锆氧化物固溶体)可改变CeO2的体相特性, 对于 TWC 的储氧能力的提升以及热稳定性的增强都很有帮助, 因而对于CexZr1-xO2固溶体的研究，已经逐渐成为三效催化剂领域的热点之一[2,3]。
制备固溶体的方法中我们最常用的是沉淀法和溶胶-凝胶法[4]。而沉淀法由于制备工艺简单，而且由沉淀法可以制备出均匀的固溶体颗粒，因而便于工业化的大规模生产[5]。但是冯长根[6]等在用沉淀法制备铈锆氧化物固溶体时发现，沉淀过程对于固溶体的结构和性能有较大的影响。另外我们通过Vidmar[7]等的研究发现, 在铈锆氧化物固溶体中, 当 x=0.6 时, 固溶体为立方晶体, 此时的储氧能力最大。田久英等[8] 研究表明，稀土元素Pr替代Ce原子，对于材料的氧缺陷数目和储氧能力都有很大的提升[9-10]，与此同时，还提高了γ-Al2O3向α-Al2O3的发生转相的温度，即相转变温度[11-12]。Ce4+的离子半径与Pr4+的相近，而且由于PrO2具有立方萤石结构，Pr极其容易与Ce形成固溶体。新型的掺杂镨（Ce，Zr，Al）O2固溶体很大程度上加强了TWC的高温热稳定性，并且还降低了冷启动时催化剂的起燃温度，因此对于新型的掺杂镨（Ce，Zr，Al）O2固溶体的研究很有意义。与此同时，（Ce，Zr，Al）O2复合材料的晶相、表面缺陷、形貌和粒径尺寸等微观结构会很大程度上影响其性能。因此，为了获得高性能的催化活性材料，问题的关键在于我们要制备出微观结构优良、性能卓越的（Ce，Zr，Al）O2纳米固溶体复合材料。