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纳米二氧化铈是一种极其重要的功能型稀土氧化物,被广泛应用于催化,光化学,电化学等领域。特别地,由于纳米CeO2表面具有高移动性O空缺,使其负载贵金属后对芳硝基化合物选择性加氢反应具有独特的催化性能。但是,催化剂的性质受结构、形貌、尺寸影响很大。因此,合成尺寸、形貌可控且具有高催化活性的CeO2纳米晶体已成为材料科学领域研究的热点。 众所周知,目前广泛报道的CeO2纳米材料为稳定的萤石型Fm(3)m结构,其中Ce对O的配位数为8,O对Ce的配位数为4,其它结构尚未被报道。本文以CeO2纳米材料作为研究对象,利用水热合成法,首次成功制备出六方晶系六方片形和三角片形CeO2纳米材料,其六方片的晶格常数为a=15.30(A)、c=6.24(A)。同时,系统地研究水热过程中反应温度、反应时间、反应物浓度配比、表面活性剂等因素对CeO2纳米材料形貌和尺寸的调制作用,以及CeO2纳米材料的生长机理,并对其负载CuPd纳米粒子(CuPd/CeNP)后催化芳香族硝基化合物选择性加氢性能进行深入研究。运用X射线粉末衍射(XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等现代物理手段对CeO2纳米片的形貌、结构和晶体学性质进行分析。 CeO2纳米材料的合成以乙酸铈为铈的前驱体,以邻甲氧基苯胺或对甲氧基苯胺为表面活性剂。当乙酸铈与邻(对)甲氧基苯胺的摩尔比为2∶3时,在250℃反应10h,生成厚度为10~200nm,边长为1.0~1.5μm的纳米六方片;当乙酸铈与对甲氧基苯胺的摩尔比为4∶3时,在250℃反应10h,生成直径50~100nm的纳米立方;而CeO2纳米三角片的合成过程与合成纳米六方片相似,仅是在反应物中添加微量乙酰丙酮钯。通过实验对比发现,质子化的聚邻甲氧基或聚对甲氧基对CeO2纳米六方片的生长起决定性作用。 催化性能测试则是将CeO2纳米六方片负载~5nm CuPd合金纳米球后,采用液相催化加氢法,在常压低温下催化一系列芳香族硝基化合物的选择性加氢反应。该催化剂均表现出较高的催化活性和选择性,如1,3-二硝基苯转化为3-硝基苯胺的产率为96.7%,选择性为98.5%。为进一步研究载体种类及结构对加氢反应的影响,以CeO2纳米立方、TiO2(P25)分别负载相同量的~5nm CuPd合金纳米球,在相同条件下催化1,3-二硝基苯及4-硝基苯甲酸加氢反应,对比实验结果,进一步阐明调控纳米材料尺寸、形状和结构是提高催化剂性能的重要途径。