钡改性过渡金属-铈基复合氧化物设计、制备及碳烟氧化催化机制研究

通过材料设计，制备纳米级过渡金属氧化物（MnOx、CuOx）-CeO2陶瓷复合材料，探索氧化锰和氧化铜与氧化铈在分子尺度和亚微米尺度的相互作用关系，从界面和表面物理化学的角度入手，寻找材料组成、结构、储氧/氮能力与碳烟催化活性之间的构效关系；通过添加Ba等碱土元素，提高催化剂的低温储氮能力，有效利用NO2进一步降低碳烟的起燃温度；通过添加Al2O3、TiO2、ZrO2等高比表面载体材料，提高催化剂的耐高温性能；研究催化剂的孔结构、相结构和活性位结构对碳烟燃烧固-固-气三相催化反应活性的影响；系统研究柴油车尾气成分（NOx、O2、HC、CO、CO2、H2O、SO2等）在催化剂和碳烟颗粒表面的吸附、分解和演变等微观过程，建立相关反应模型；为开发高活性、长寿命、低成本的碳烟氧化净化催化剂提供理论依据和技术支撑。

以柴油车尾气碳烟氧化催化剂为研究对象，研究了钡改性过渡金属(Mn，Cu，Co)铈基复合氧化物催化剂。发现过渡金属氧化物与氧化铈之间存在相互作用，且证实该作用主要体现为氧化铈对过渡金属的深度氧化。同时，通过研究催化剂结构和反应气氛对催化剂性能的影响，发现过渡金属铈基催化剂的碳烟氧化活性明显受制于其对氮氧化物的利用能力，缺乏NOx储放性能及晶粒热烧结长大都会严重损害催化剂的活性。因此，进一步通过Ba改性，一方面成功提高了这几种催化剂的低温储氮能力，促进了催化剂在高温释放氮氧化物辅助催化氧化碳烟的性能；另一方面发现Ba组分能够有效抑制过程中催化剂氧化铈晶粒的长大，进而显著提高了催化剂的热稳定性。此外，通过高比表面Al2O3的添加，也制得了高热稳定的Mn-Ce-Al和Cu-Ce-Al三组分催化剂。在此基础上，经过对过渡金属铈基催化剂硫中毒的深入研究，一方面研发出催化剂硫中毒再生的工艺条件，另一方面引入贵金属Pt开发出耐热抗硫、综合性能极佳的PtMnCeAl复合催化剂。