过渡金属-铈基复合氧化物的制备与碳烟燃烧催化性能

采用溶胶凝胶法制备了不同过渡金属TM(Fe,Co,Ni,Mn)-Ce复合氧化物,并经800℃水热处理20 h后得到老化样品。利用XRD,BET对样品结构进行了表征,并采用CO-TPR和TPO分别考察了样品的还原性能和碳烟催化燃烧活性。结果表明,复合氧化物通过过渡金属和铈离子的变价和协同作用,有效地提高了催化剂的碳烟燃烧催化活性。在催化剂-碳烟松散接触条件和含NO+O2气氛下,由于催化剂表面氧的活化和硝酸盐分解释放的NO2,Co-Ce和Mn-Ce具有良好的碳烟燃烧活性。催化剂-碳烟紧密接触和含O2气氛中的活性则与催化剂的比表面积成正比关系,并受活性氧释放能力的影响。

R_xCe_(0.8-x)Zr_(0.2)O_2催化剂的制备及催化碳烟燃烧性能研究

采用溶胶凝胶法制备一系列R_xCe_(0.8-x)Zr_(0.2)O_2(R=Mg,Ca,Sr和Ba,x=0,0.1,0.2和0.3)催化剂,并用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)和程序升温氧化(TPO)等技术对催化剂进行表征,同时考察该系列催化剂催化碳烟燃烧活性。研究结果表明,Zr^(4+)均能进入CeO2晶格中形成具有立方萤石结构的固溶体。在不同的接触条件下,样品Ba_(0.1)Ce_(0.7)Zr_(0.2)O_2催化碳烟燃烧活性均最高。在一系列样品Ba_(0.1)Ce_(0.7)Zr_(0.2)O_2中,催化剂与碳烟紧密接触条件下其催化碳烟燃烧时更能够反映出催化剂内在活性的大小,而松散接触时则更易受到接触条件的影响。

Rb_2O掺杂对MnCe/ZrO_2催化燃烧碳烟的性能影响

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备掺杂不同Rb2O含量的MnCe/ZrO2复合氧化物催化剂,采用热重法考察其催化燃烧碳烟的活性,并借助XRD和H2-TPR手段探讨掺杂不同Rb2O含量对MnCe/ZrO2催化燃烧特性的影响。结果表明,适量Rb2O可以使催化剂与碳烟在高温下接触更为紧密,吸附空气中CO2,形成碳酸盐物质,提高催化剂的氧含量,并作为活性氧传输中心,提升MnCe/ZrO2催化燃烧性能。与未掺杂MnCe/ZrO2催化剂相比,完全燃烧温度下降31℃,碳烟在394℃内完全氧化。

适宜氧空位诱导α-MnO_(2)高效催化消除碳烟研究

柴油机排放的碳烟颗粒对人类和自然产生了严重的威胁,开发高活性低成本的碳烟燃烧催化剂是解决这一问题的关键.我们采用不同煅烧气氛(空气、真空和氮气)成功制备了含有不同浓度氧空位的α-MnO_(2)催化剂(记为M-Air-500,M-Va-500,M-N-500,M-N-450).M-Va-500和M-N-500催化剂在500℃煅烧时会失去过多晶格氧,导致晶相结构发生改变,出现Mn_(3)O_(4)相,这与XRD和HRTEM结果一致.XPS和Soot-TPR的结果说明,催化剂表面的化学吸附氧提高了催化剂的催化性能.H_(2)-TPR结果说明适量的氧空位能够加快晶格氧的迁移,提高可移动氧物种丰度,增强催化剂的氧化能力.结合催化活性测试结果可以得出:在保持α-MnO_(2)晶相结构的前提下,氧空位越多,催化剂表面的化学吸附氧越多,催化活性越好.

聚乙二醇辅助Ce_(0.6)Mn_(0.4)O_(x)催化净化碳烟颗粒物燃烧性能的研究

以进一步提升具有良好碳烟催化燃烧性能的Ce_(0.6)Mr_(0.4)O_(x)催化剂活性为目的,通过共沉淀法制备该催化剂时加入不同分子量的聚乙二醇(PEG).活性测试结果表明,随着PEG分子量的增加,活性先升高后降低.当PEG分子量为6000时,活性最佳,相比未添加PEG的铈锰混合氧化物催化剂,DSC曲线上燃烧最大值对应温度下降了23℃.XRD和Raman测试结果表明,该系列催化剂均形成了立方萤石结构.当添加分子量为6000的PEG时,结合XRD、Raman、XPS、ICP、H_(2)-TPR和O_(2)-TPD结果表明,此时Mn^(x+)进入CeO_(2)晶格中的量最大,从而产生了更多的表面活性氧,促进了表面化学吸附氧的脱附,表现出了良好的低温还原性能;BET结果表明,该催化剂的比表面积和孔容均优于未添加PEG的催化剂;SEM结果表明,该催化剂在微米和纳米层面均表现出更多的空隙.因此,添加分子量为6000的PEG最有利于促进碳烟催化燃烧.

三维有序大孔La_(1-x)K_(x)Ni_(0.8)Co_(0.2)O_(3)钙钛矿对柴油发动机碳烟的氧化研究

本文采用胶体晶体模板法制备了钙钛矿型La_(1-x)K_(x)Ni_(0.8)Co_(0.2)O_(3)三维有序大孔(3DOM)结构催化剂,通过程序升温氧化测试了其对碳烟的催化氧化活性,并以多种物理化学手段探讨了结构与性能的关系。结果表明,3DOM La_(1-x)K_(x)Ni_(0.8)Co_(0.2)O_(3)催化剂具有显著的碳烟催化低温燃烧活性。其中,3DOM La_(0.85)K_(0.15)Ni_(0.8)Co_(0.2)O_(3)催化剂对碳烟催化燃烧反应的催化活性较高,其T_(10)、T_(50)和T_(90)分别低至298℃、370℃和442℃,SCO_(2)达到99.6%以上。K^(+)离子的掺入,使B位Ni和Co离子的价态升高,有利于O_(2)^(-)/-OH活性氧物种的生成。3DOM La_(1-x)K_(x)Ni_(0.8)Co_(0.2)O_(3)催化剂的大孔结构及掺入K^(+)后表面O_(2)^(-)/-OH活性氧物种的生成,促进了碳烟催化燃烧低温反应活性的增加。