铈基新型多层次纳米结构催化剂的制备及催化性能研究

随着现代工业的发展和科学技术的不断进步，用于控制汽车尾气排放的传统铈基催化剂已不能满足催化需要，而纳米化后的铈基催化剂具有独特的晶体结构及表面特性，其表面活性和选择性明显优于传统催化剂，因此提出铈基新型多层次纳米结构催化剂的制备和催化性能研究这一课题。利用无机纳米材料制备、稀土材料催化等理论知识，结合化学反应工程的特点，对铈基新型多层次纳米结构催化剂制备和催化性能进行系统研究，在无模板下制备物相及元素组成可控、尺寸可调的铈基多层次纳米结构催化剂，研究探讨其水热合成机理，并对其进行催化性能评价，研究催化剂纳米结构中氧空位对催化性能的影响，找出催化剂结构、元素组成与催化性能的变化规律，结合实验现象，分析实验数据，探讨并得到提高催化性能的因素，最后演绎归纳出催化机制。

氧化铈纳米材料是一种重要的三元催化剂的促进剂，目前关于氧化铈的多维纳米结构以及铈基多元复合纳米材料是目前国内外研究的热点。本课题的主要研究内容包括：（1）不同形貌的氧化铈多维纳米结构的可控合成、形成机制及其催化机制的研究，如介孔结构的海胆状、珊瑚状纳米结构和介孔纳米花等；（2）单分散空心纳米颗粒和介孔壳纳米空心球的非模板一步水热合成方法及其形成机制的研究，并采用沉淀-沉积法在介孔壳纳米空心球上进行金的负载形成Au-CeO2纳米空心球，且对其催化机制进行了初步探讨；（3）一步水热合成得到锆离子掺杂的氧化铈（Zr-CeO2）空心纳米类八面体，并对其形成机制和催化性能进行了研究和探讨；（4）水热法制备过渡金属离子（Co2+，Ni2+，Mn2+）掺杂的单分散的氧化铈纳米球，并对其形成机理及催化机制进行了初步探讨；（5）在Cu离子掺杂的氧化铈纳米球的基础上，通过两步法得到Cu-doped CeO2-CuO复合纳米结构，并对产物对CO氧化催化的机理进行了研究，从而解释了复合产物催化性能的提高。本项目的研究对丰富和发展氧化铈纳米材料的合成及其在催化方面的应用具有重要的理论意义和应用价值。