超声还原法制备含镧钙钛矿氧化物复合催化剂及其CO催化氧化性能研究

作     者：吴海军 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李广社

授予年度：2024年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：超声还原 含镧钙钛矿 复合催化剂 CO催化氧化 

摘      要：复合催化剂是由两种组分或多种组分物质结合形成的催化材料,因其特殊的相与相之间的相互作用等特点使其具备了单相材料所不具备的优势,产生了多功能、新功能和性能优化,因此成为催化领域的研究热点。含镧钙钛矿氧化物因具有良好的电子/离子导电性、低成本和优异的稳定性等优点而引起广泛关注。但是该材料的催化活性较差,所以在催化领域的发展受到一定的限制。开发含镧钙钛矿复合催化剂有利于改善材料的催化反应动力学,制备高性能催化剂。 本论文从含镧钙钛矿复合催化剂的合成出发,利用一种独特的超声还原法对单组分钙钛矿进行还原处理。在超声波的机械作用下,还原剂的还原作用被加强,可以对体相掺杂的贵金属进行脱溶,也可以促使钙钛矿发生表面重构,从而在含镧钙钛矿氧化物表面形成第二相,构成复合催化剂,大幅度提高了钙钛矿氧化物的CO催化氧化性能。主要的研究内容如下: （1）超声还原法诱导钙钛矿中Ag脱溶制备Ag0.03-x/La0.87HyAgxFe O3-δ复合催化剂。将固溶体中的组分脱出并生长在材料表面是构筑复合材料的有效方法。本工作中,我们采用了新颖的超声还原脱溶法将钙钛矿La0.87Ag0.03Fe O3-δ体相中A位掺杂的银离子诱导还原到表面,构建出贵金属与钙钛矿结合的Ag0.03-x/La0.87HyAgxFe O3-δ复合催化剂,超声还原脱溶法将超声波的空化效应与BH4-还原作用耦合,在反应物表面营造出局域的、类似于传统热还原氛围的高温、高压和强还原的微环境,实现贵金属原子的还原析出和原位生长,精准构筑金属纳米粒子/钙钛矿氧化物复合催化剂。制备的Ag0.03-x/La0.87HyAgxFe O3-δ复合催化剂在CO催化氧化方面有较高的活性。在CO完全转化时的温度为180℃,较La0.87Ag0.03Fe O3-δ降低了100℃。该合成方法无需高温、高压等特殊条件和大型合成设备,符合绿色化学要求。 （2）超声还原法诱导钙钛矿表面重构制备Co Cu（OH）x/La Co（Cu）O3-δ复合催化剂。在上一章的基础上,我们采用超声还原法对B位掺杂过渡金属的钙钛矿La Co0.95Cu0.05O3-δ表面进行还原重构。在高温高压、强还原的微环境下,催化剂表面在还原氢的作用下被诱导形成非晶态活性结构,在La Co0.95Cu0.05O3-δ表面形成一层无定型Co Cu（OH）x,最终构成非晶/晶体复合催化剂Co Cu（OH）x/La Co（Cu）O3-δ。CO完全转化所需的温度为180℃,远远优于其他对比样品的性能,阿伦尼乌兹计算的活化能为79.97 KJ mol-1,同时羟基的存在促进了CO氧化过程中更多的碳酸氢盐的生成,有利于CO催化氧化的进行。该合成方法为复合催化材料的制备贡献了新的策略,在能源环境催化等领域有巨大潜力。