本文選題：Co_3O_4　切入點(diǎn)：形貌控制　出處：《昆明理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展,在溶液體系中通過自下而上的合成技術(shù)可以在納米水平上有效控制固體催化劑顆粒的組成、形貌和尺寸。大量的研究表明納米材料的催化性能在很大程度上取決于該材料的形貌和尺寸,而形貌影響的實(shí)質(zhì)是通過對(duì)形貌的可控合成來選擇性暴露材料的活性晶面。因此,通過對(duì)多相催化納米材料的形貌可控合成,選擇性暴露活性晶面,從而顯著提高材料催化活性、穩(wěn)定性以及選擇性,是當(dāng)前多相催化納米材料的研究熱點(diǎn)之一。Co3O4納米材料用途廣泛,用作催化劑時(shí)常用于CO催化氧化和對(duì)烴類的催化燃燒,其催化性能與Co3O4的粒徑尺寸和形貌有直接關(guān)系。本文的研究重點(diǎn)是對(duì)Co3O4納米材料及其復(fù)合納米材料的尺寸和形貌進(jìn)行可控合成,并探索了催化材料的形貌和組成對(duì)CO催化活性的影響。本文采用水熱法,合成了三種形貌Co3O4納米材料；并在此基礎(chǔ)上,采用二次水熱法制備了三種形貌CeO2/Co3O4復(fù)合氧化物催化劑。然后用XRD(X-ray Diffraction)、N2吸附/脫附(BET)、SEM(Scanning Electron Microscope)、 TEM(Transmission Electron Microscope)、H2-TPR(H2 Temperature Programmed Reduction)等技術(shù)手段對(duì)所得催化劑進(jìn)行了表征,最后在固定床反應(yīng)器上采用程序升溫氧化反應(yīng)(TPO, Temperature Programmed Oxidation)技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行了CO氧化的活性評(píng)價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)研究,得到以下結(jié)論：(1)通過對(duì)鉆源、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、表面活性劑(CTAB)、升溫速率、煅燒溫度等因素的考察,探究了Co3O4材料的形貌隨這些因素的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),制備棒狀Co3O4納米材料的最佳條件是：COCl2為鈷源、水熱溫度120℃、水熱時(shí)間16 h、CTAB用量1g/100ml)；片狀形貌Co3O4材料的最佳條件是：Co(NO3)2為鈷源、反應(yīng)溫度140℃、反應(yīng)時(shí)間16 h、CTAB(1 g/100ml);立方形貌Co3O4納米材料的最佳條件是：Co(NO3)2/CoCl2為鈷源、反應(yīng)溫度200℃、反應(yīng)時(shí)間16 h、CTAB (1 g/100ml)。通過分析鈷源對(duì)Co3O4納米材料前驅(qū)體形貌的影響,提出陰離子效應(yīng)加以解釋,即用COCl2作為鈷源時(shí),溶液中的CO32-扮演晶面生長(zhǎng)抑制劑角色,它選擇性降低了前驅(qū)體粒子{001}和{100)面的生長(zhǎng)速度,導(dǎo)致{010)面生長(zhǎng)速度相對(duì)較快,使得最終前驅(qū)體形貌為瘦長(zhǎng)棒狀。當(dāng)Co(NO3)2作為鈷源時(shí),溶液中的CO32-依然作為晶面生長(zhǎng)抑制劑,但是其受到NO3-的空間位阻效應(yīng)的影響,使得其轉(zhuǎn)而選擇性抑制了{(lán)010}面生長(zhǎng)速度,從而相對(duì)加快了{(lán)012}面生長(zhǎng)速度,導(dǎo)致前驅(qū)體最終形成片狀形貌。而當(dāng)該反應(yīng)在高溫下運(yùn)行時(shí),前驅(qū)體形貌最終呈納米立方狀,這顯示無論CO32-的原本的晶面生長(zhǎng)抑制劑作用或是其與NO3-相互作用后的晶面生長(zhǎng)抑制作用均失效,這可能是由于在高溫下粒子熱運(yùn)動(dòng)過于劇烈的原因。最后綜合所有實(shí)驗(yàn)因素對(duì)前驅(qū)體形貌的影響,提出了制備不同形貌Co3O4前驅(qū)體的“合成地圖”。通過焙燒,研究發(fā)現(xiàn)獲得Co3O4納米材料的最佳升溫速率為2/min,并在400℃焙燒3 h,經(jīng)過該焙燒條件得到的Co3O4納米材料較好地繼承了其前驅(qū)體的形貌,但獲得的Co3O4納米材料呈多孔狀,且三種形貌Co3O4納米材料均具有{110}暴露晶面。最后對(duì)所得Co3O4納米材料進(jìn)行了CO催化氧化實(shí)驗(yàn),研究表明：Co3O4納米材料形貌發(fā)育成熟的樣品對(duì)CO催化氧化性能明顯優(yōu)于未成熟的；且三種形貌Co3O4納米材料對(duì)CO催化氧化性能的排序?yàn)椋浩瑺钚蚊睠o3O4立方Co3O4棒狀形貌Co3O4。(2)在一次水熱獲得的Co3O4前驅(qū)體的基礎(chǔ)上,通過加入鈰源二次水熱再高溫焙燒的方法獲得了具有CeO2高分散性的三種形貌CeO2/Co3O4復(fù)合催化劑。復(fù)合催化劑CeO2/Co3O4的CO催化性能在很大程度上取決于該催化劑的形貌和鈰的添加量。對(duì)催化氧化CO的性能的研究表明,三種形貌CeO2/Co3O4催化性能排序?yàn)椋浩瑺頒eO2/Co3O4復(fù)合催化劑立方狀CeO2/Co3O4復(fù)合催化劑棒狀狀CeO2/Co3O4復(fù)合催化劑。復(fù)合催化劑中鈰的負(fù)載量對(duì)其催化性能有重要影響,較高鈰鈷比的樣品對(duì)CO催化氧化性能有明顯的提升
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of nano - technology , the composition , morphology and size of solid catalyst particles can be controlled effectively in solution system by means of bottom - up synthesis .
The catalysts were characterized by XRD ( X - ray diffraction ) , N2 adsorption / desorption ( BET ) , SEM ( Scanning Electron Microscope ) , TEM ( Transmission Electron Microscope ) , H2 - TPR ( H2 Temperature Oxidation Reduction ) .
Co ( NO3 ) 2 is a cobalt source , the reaction temperature is 140 鈩，

本文編號(hào)：1709418