制备方法对Ce0.67Zr0.33O2固溶体性能的影响

时间：2021-02-05 08:02:19　来源：雅意学习网本文已影响人

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　　摘要：用氧化共沉淀法、均匀共沉淀法和柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Ce0.67Zr0.33O2固溶体，并将经和900 ℃焙烧后的固溶体进行了XRD、BET、Raman、H2-TPR和储氧量（OSC）表征。结果表明，氧化共沉淀法和柠檬酸溶胶-凝胶法制备的Ce0.67Zr0.33O2固溶体的储氧量、比表面積均高于均匀共沉淀法，且制备的固溶体经900 ℃焙烧4 h后未出现相分离，具有良好的热稳定性。
　　关键词：氧化共沉淀法；溶胶-凝胶法；Ce0.67Zr0.33O2固溶体；储氧量
　　中图分类号：TQ 016.1 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）05-0800-04
　　Abstract： Ce0.67Zr0.33O2 solid solution samples were respectively prepared by oxidation-coprecipitation method， urea-based uniform coprecipitation method and sol-gel method. The structures of the samples after calcination at 550℃ or 900 were characterized by XRD， BET surface area， Raman， H2-TPR and oxygen storage capacity （OSC）. The results show that the samples prepared by oxidation-coprecipitation method and sol-gel method have higher OSC and BET surface area. The prepared Ce0.67Zr0.33O2 solid solution can remain the solid solution structure with cubic phase after calcinations at 900℃ for 4h and has good thermal stability.
　　Key words： Oxidation-coprecipitation method；Sol-gel；Ce0.67Zr0.33O2 solid solution；Oxygen storage capacity （OSC）
　　铈锆固溶体CexZr1-xO2（以下简称CZ）因其储氧性能（OSC）高、和热稳定性好，已广泛用作汽车尾气净化催化剂载体，自铈基储氧材料应用到催化剂领域以来，已成为近年的研究热点之一[1-3]。目前，文献报道的固溶体制备方法较多，采用不同方法制备的固溶体性能有所差异。其中较常用的固溶体制备方法有沉淀法和溶胶-凝胶法[4-11]，沉淀法制备工艺简单，所制备的固溶体颗粒均匀，便于工业化生产；溶胶-凝胶法制得的氧化物具有在三维方向上相互连通的孔结构，其孔径的大小和孔的方向，都可以通过一定的手段进行控制，尤其对于一些多孔性的金属氧化物纳米粒子的制备，该法显得更为优越[12]。
　　用不同方法制备的铈锆氢氧化物或盐，须要通过高温固相反应才能形成固溶体，固相反应的温度不同，其性能也会有较大差异[13，14]。所以，对铈锆固溶体的制备方法、焙烧温度及其与固溶体的结构、性能之间关系的研究很有必要。本文通过采用氧化共沉淀法、均匀共沉淀法和溶胶-凝胶法制备了Ce0.67Zr0.33O2固溶体，并通过SEM、XRD、Raman、H2-TPR对形成CZ的形貌、结构、还原性能等进行了表征，并测定了其储氧量（OSC），并以此研究CZ制备方法对其性能的影响。
　　1 实验部分
　　1.1 Ce0.67Zr0.33O2固溶体的制备
　　（1）氧化共沉淀法
　　按比例称取Ce（NO3）3·6H2O（分析纯，西陇化工）和ZrO（NO3）2·5H2O（分析纯，西陇化工），用去离子水配置成约为0.15 mol/L的盐溶液，用2 mol/L的NH3·H2O为沉淀剂，在80 ℃恒温且不断搅拌的条件下，采用反加法将盐溶液加入氨水溶液中，并在溶液中加入一定量的H2O2。沉淀后的母液在室温下陈化，然后用去离子水充分洗涤，洗净后的沉淀物在120 ℃烘干，制得样品记为A。该样品在空气中550 ℃焙烧4 h，制得样品记为A-550；在空气中900 ℃焙烧 4h，制得样品记为A-900。
　　（2）均匀共沉淀法
　　均匀共沉淀法是通过控制溶液中沉淀剂的浓度，使沉淀剂离子缓慢增加，溶液中的沉淀反应处于平衡状态，沉淀可在整个溶液中均匀出现[2，15-17]。按比例称取Ce（NO3）3·6H2O（分析纯，西陇化工）和ZrO（NO3）2·5H2O（分析纯，西陇化工），用去离子水配置成约为0.15 mol/L的盐溶液，将一定量的尿素（分析纯，国药）也溶于上述盐溶液中，将该溶液置于反应釜中，90 ℃恒温反应35 h，沉淀物经蒸馏水充分洗涤，洗净后的沉淀物在120 ℃烘干，制得样品记为B。该样品在空气中550 ℃焙烧4 h，制得样品记为B-550；在空气中900 ℃焙烧4 h，制得样品记为B-900。
　　（3）溶胶-凝胶法
　　溶胶-凝胶法是在Ce/Zr的盐溶液中加入柠檬酸盐或其他有机酸化合物，经搅拌、恒温蒸发等处理成为凝胶后，高温分解即得CexZr1-xO2固溶体[5]。本实验采用柠檬酸溶胶-凝胶法，具体为：按比例称取Ce（NO3）3·6H2O（分析纯，西陇化工）和ZrO（NO3）2·5H2O（分析纯，西陇化工），用去离子水配置成约为0.15 mol/L的盐溶液，将一定量的柠檬酸加入无水乙醇中助溶后，加入铈、锆盐溶液中，搅拌至溶液呈透明，于85 ℃水浴中恒温蒸发至粘稠状，得到透明凝胶，120℃干燥后所制得样品记为C。该样品在空气中550 ℃焙烧4 h，制得样品记为C-550；在空气中900 ℃焙烧4 h，制得样品记为C-900。

制备方法对Ce0.67Zr0.33O2固溶体性能的影响

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