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二氧化铈是一种重要的轻稀土金属氧化物。纳米级二氧化铈结合了稀土材料的高化学活性、强氧化还原能力和配位数多变的特点以及纳米催化剂独有的晶体结构和表面特性,可用作三效催化剂,解决工业和汽车尾气中的有害气体CO、NOx、VOCs等所带来的大气污染问题。铈基纳米材料在催化领域的独特优势亦源自于其自身较强的氧离子传导性和在Ce3+(→)Ce4+快速转换中产生的良好储放氧能力。近年来,为满足应用中的需要,对二氧化铈进行成分修饰以提高其催化性能成为该领域的研究热点。铈基纳米复合物可以被分为两大类:一类是掺杂其他金属离子到氧化铈晶格中,另一类是在氧化铈基础上负载高活性的贵金属纳米粒子。掺杂过程中引入的外来金属离子与氧的配位表现上同铈离子有所差异,这就会导致氧空位的产生,这些氧空位即催化活性位点,直接决定着催化剂的催化性能。负载的贵金属粒子具有快速电子传导能力,同时,贵金属与二氧化铈之间的协同作用也会大大提升催化剂的催化活性;作为载体的二氧化铈既能有效避免贵金属粒子团聚而造成的催化氧化能力降低,又能增强催化剂稳定性,其本身在催化反应中也起到催化作用。 本课题主要研究以CeO2为基底掺杂过渡金属Mn以及以此为载体负载贵金属Au的复合型催化剂的制备、结构和CO催化氧化性能等问题。论文的主要研究内容如下: 1.掺杂锰元素的二氧化铈纳米球的一步法合成及其CO催化性能的研究我们通过无模板的溶剂(乙醇)热法,一步合成了具有介孔结构的掺锰二氧化铈纳米球。合成的过程中,铈源采用硝酸铈,锰源来自于硝酸锰,表面活性剂用PVP,同时起到包覆剂的作用,甲酸、氨水和双氧水分别充当配体、沉淀剂和氧化剂。TEM、HRTEM和SEM的观察表明所得的单分散纳米球的粒径在130nm左右,表面粗糙。结合XRD、Raman、EDS、mapping、XPS等分析,锰被掺杂进入氧化铈的萤石晶格中。掺杂引起晶格变形产生氧空位,提升了锰掺杂的氧化铈的CO催化氧化性能。 2.二氧化铈载金催化剂的制备、表征及CO催化性能的研究 我们通过一步水热法首先制备出了Mn掺杂的二氧化铈纳米球作为载体,然后采用沉淀-沉积法获得了载金二氧化铈纳米材料。负载的过程中,我们采用氯金酸作为金源,用氢氧化钠维持体系的pH值。活性测试的结果表明载金氧化铈纳米催化剂的活性较之氧化铈纳米颗粒催化剂有所提高。这是因为金颗粒与载体之间存在着强的相互作用,活性中心增加。在考查金负载量对催化剂的催化活性的影响时我们发现,金的理论负载量为5%的氧化铈催化剂活性最高,这可归结为合适的金浓度和金分散度。