A位掺杂LaSrCoO4复合氧化物的合成及性能研究

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K2NiF4型稀土复合氧化物A2BO4比稀土钙钛矿型复合氧化物(ABO3)具有更良好的晶体结构、独特的电磁性质、高温稳定性、二维导体、半导体—金属转移以及较高的氧化、还原等催化活性,已经成为一种继ABO3之后更有发展前景的新型材料。研究表明,A2BO4化合物的性质与A、B原子及掺杂原子的种类、过渡金属B离子的价态及化合物的晶体结构等有关。目前,文献报道了A2BO4型的Cu系、Ni系稀土复合氧化物的合成及性能的研究,对Co系稀土复合氧化物的研究仅限于LaSrCoO4的少量报道,其它Co系稀土复合氧化物未见报道,对Co系稀土复合氧化物进行系统的研究很有必要。采用聚丙烯酰胺高分子凝胶法制备了LaSrCoO4复合氧化物,以CO和C3H8的催化氧化为探针反应,研究了不同稀土(Nd、Ce)和过渡金属(Fe、Ni、Mn)的A位掺杂、不同制备方法和不同Nd和Ni的掺入量对LaSrCoO4复合氧化物结构和催化性能的影响等均未见报道。本文还采用了XRD、IR、BET(N2吸附)、H2-TPR、O2-TPD等技术对催化剂进行了表征。结果表明,聚丙烯酰胺溶胶-凝胶法制备的La0.7Nd0.3SrCoO4和La0.7Ce0.3SrCoO4催化剂都具有类钙钛矿A2BO4结构,Nd的加入增加了Co3+、化学吸附氧和晶格氧的数量,降低了CO催化氧化表观活化能,提高了LaSrCoO4的CO和C3H8的氧化反应活性,而Ce的加入却降低了LaSrCoO4的氧化反应活性。制备方法对催化剂的性能有较大影响,本文考察了聚丙烯酰胺溶胶-凝胶法、聚乙二醇法、蒸发分解法等不同制备方法对La0.7Nd0.3SrCoO4催化剂性能的影响,其中聚丙烯酰胺-凝胶法是一种较好的制备方法,因为该法制备的催化剂比表面较大,粒径较小,化学吸附氧和晶格氧含量多,且CO催化氧化的表观活化能较低。不同量(x=0.1-0.9)的Nd2O3掺入对La1-xNdxSrCoO4复合氧化物的催化性能的影响不同,适量Nd2O3的加入增加了LaSrCoO4的催化活性,这可能是因为适量Nd2O3的加入使LaSrCoO4催化剂晶粒度变小、晶格畸变率变大及晶格氧增多,同时与氧的结合能力减弱,化学吸附氧和晶格氧更易移动,从而有利于CO和C3H8氧化活性的提高。铁的掺入对LaSrCoO4催化剂的活性影响不大,镍的掺入能大幅度提高LaSrCoO4催化剂的催化活性,使LaSrCoO4催化剂晶粒度变小、晶格畸变率变大,氧空穴处化学吸附氧和晶格氧增加,CO氧化反应的表观活化能降低。镍的掺杂量对LaSrCoO4催化剂的性能有一定的影响,x=0.3时La1-xNixSrCoO4催化剂的性能最好。适量Ni的加入增加了LaSrCoO4的催化活性,催化剂晶粒度变小,晶格畸变率变大,从而有利于CO和C3H8氧化活性的提高。对所制备的催化剂进行IR、XRD表征,发现所制备的Co系复合氧化物大部分为K2NiF4结构的A2BO4型类钙钛矿,只有少量没有形成A2BO4型类钙钛矿结构。
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