钙钛矿全取代贵金属消除柴油车尾气中碳烟颗粒的研究

钙钛矿全取代贵金属消除柴油车尾气中碳烟颗粒的研究钙钛矿全取代贵金属消除柴油车尾气中碳烟颗粒的研究报告人：路良泽指导教师：孟明教授

目录研究背景文献综述与思路下一步工作计划

研究背景 在今天，汽车给人们带来了极大便利的同时，其排放的尾气也对环境和人类的身体造成了巨大危害。

研究背景 随着汽车数量的不断增加，对尾气排放的标准也越来越严格。尤其是柴油车尾气中对人体危害极大的碳烟颗粒的限制越来越严。

研究背景 • 前两种方法不可能彻底解决碳烟颗粒的排放问题. 用颗粒过滤器收集碳烟颗粒,同时使碳烟颗粒被氧化为CO2 ,是减少碳烟颗粒物污染的最直接有效的排放后处理方法. 然而,碳烟颗粒的热氧化温度高达825～875K,柴油车的排气温度为450～675 K. 因此,需要一种催化活性高的催化剂来降低碳烟颗粒的氧化温度

研究背景 • 1. 贵金属催化剂贵金属催化剂很容易积碳而失活，也容易硫中毒。另外，贵金属昂贵的成本也使其实际应用受到了限制。 • 2. 碱金属和碱土金属催化剂在碳黑颗粒与催化剂紧密接触时，碱土金属或其氧化物有一定的催化活性，松散接触时的催化活性很低。 • 3.过渡金属氧化物催化剂钴催化剂（接触条件对催化剂活性的影响很大）铜的氧化物（有H2O和SO2存在时其活性大幅度降低）铜的氯化物（易挥发性，不稳定，易流失，毒性） • 4.复合型催化剂尖晶石型催化剂（松散接触活性低，抗硫和水中毒能力差）钙钛矿型催化剂

研究背景 钙钛矿结构（ABO3）具有较高的化学稳定性和热稳定性，而且B位离子价态可调，对于很多反应都具有催化活性。此外，钙钛矿的表面氧空位可以吸附和活化氧化物种。鉴于这些优势，它在催化领域中得到了越来越广泛的应用。在ABO3钙钛矿基础上，在钙钛矿的A位掺杂碱金属M1，通过增加钙钛矿的氧空穴和提高B位金属离子的价态，达到提高催化剂活性的目的；同时，在钙钛矿的B位掺杂过渡金属M2，来提高B位离子价态，以提高催化剂的氧化能力。 ABO3 M1 M2

文献综述 Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

文献综述 含10.0g聚苯乙烯的50ml胶态悬浮液离心分离48h得聚苯乙烯球用乙二醇溶解适量金属硝酸盐室温下搅拌2h 393K煅烧5min 加入甲醇（40 vol %）得到深棕色溶液用聚苯乙烯球吸收金属醇溶液过滤除去多余醇液，室温空气氛围下干燥24h 每0.5g干燥样品混入2.5g石英砂（10-15目）空气流氛（50ml/min)下以1k/min升温至873K煅烧5h得到所需样品 Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

文献综述 473K以上聚苯乙烯球分解，643K以上模板剂中的乙醛酸基开始分解 Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

文献综述 最终确定873K为最合适煅烧温度 Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

文献综述 Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

文献综述 ■ ■ ■ a ▲ ▲ ▲ b —— c Chem. Mater. 2005, 17, 3546-3551

思路一 • 用3DOM法制备大孔钙钛矿材料 AB1-xAlxO3，然后用浓氢氧化钠溶液处理表面，消去部分Al，造成表面的缺陷，同时进一步增大催化剂的比表面积,改善催化剂与碳烟颗粒的接触情况，从而提高催化活性

文献综述 相对于无氧条件，有氧气氛下催化剂的碳烟氧化反应温度明显降低，氧含量的增加使得Tm继续下降，说明催化剂的活性得到进一步加强 H. Wang et al. / Catalysis Today 184 (2012) 288– 300

文献综述 Q. Liang et al. / Catalysis Today 139 (2008) 113–118

文献综述 超声辅助浸渍法负载纳米CeO2作载体广泛使用的Al2O3载体会与钙钛矿的元素发生反应，生成尖晶石类化合物，如与Co反应得到CoAl2O4 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 负载量≦20%时，检测不到明显的钙钛矿结构，证明了钙钛矿在氧化铈表面的高分散性，负载量超过50%后，XRD图样中出现钙钛矿特征峰 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 与XRD结果相一致 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 负载比X超过20后，在低温区出现氧物种脱附峰，说明Co也可以促进氧化铈载体释放氧物种的能力，且x=20时，氧脱附温度最低 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 随着负载比的增加，耗氢量逐渐增大，但是还原温度呈现火山型变化，在x=20时，温度最低，与O2-TPD结果一致 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 对NO有一定的吸附和氧化能力，形成的NO2有利于碳烟的氧化 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

文献综述 负载比x=20时，活性最好 J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17114–17123

思路二 • 为增强载体的氧物种释放能力，选取活性更好的一系列钴铜基钙钛矿催化剂，负载到纳米级Ce基氧化物上，探究其对碳烟颗粒的氧化活性，并加以对比分析

下一步计划 在思路二的基础上，开展下一步工作计划如下： 1.尝试在700 ℃下制备大比表面Ce-Zr固溶体作为载体 2.制备LaCoO3、La0.9K0.1CoO3、LaCo0.9Cu0.1O3、La0.9K0.1Co0.9Cu0.1O3一系列钙钛矿催化剂 3.用超声辅助浸渍法将一系列钙钛矿负载到Ce-Zr固溶体上，并考察其对碳烟的催化氧化活性

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