本文選題：二氧化鈰 + 超細(xì)納米線�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：近年來,一維納米結(jié)構(gòu)由于其各向異性特性,在納米器件和介觀物理等方面的獨(dú)特應(yīng)用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。二氧化鈰作為一種重要的稀土氧化物,因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)使其具有優(yōu)異的功能,已被廣泛地應(yīng)用于催化、光學(xué)、電化學(xué)和環(huán)境化學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。二氧化鈰表面缺陷主要是由氧空位造成的。當(dāng)處于貧氧環(huán)境時(shí),二氧化鈰可以形成大量氧空位,向環(huán)境中釋放氧；當(dāng)處于富氧環(huán)境時(shí),氧化鈰又可以通過氧空位存儲(chǔ)氧,因此二氧化鈰具有優(yōu)異的釋放氧和存儲(chǔ)氧的能力。二氧化鈰表面的氧空位在催化CO氧化反應(yīng)中起到了重要作用,催化活性的增強(qiáng)通常歸功于二氧化鈰的氧氣存儲(chǔ)能力(OSC)。隨著材料尺寸減小到納米級(jí)別,納米氧化物晶體的缺陷形成能可能會(huì)大幅降低,導(dǎo)致非化學(xué)計(jì)量程度的加劇和電子載體生成的增加。隨著顆粒尺寸的減小,二氧化鈰顆粒具有更大的表面積和體積比,使得其產(chǎn)生更多的氧空位。當(dāng)二氧化鈰的尺寸減小到納米級(jí)別,二氧化鈰不僅保留了稀土元素獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu),同時(shí)擁有尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的一系列性質(zhì),使納米二氧化鈰晶體具有許多優(yōu)于體材料的獨(dú)特性質(zhì)。本論文以一維二氧化鈰納米線為研究對(duì)象,發(fā)展其化學(xué)法制備技術(shù)及其復(fù)合材料的性能。取得的研究結(jié)果如下：1.建立了一步法制備超細(xì)二氧化鈰納米線的新技術(shù)。在乙醇-水混合溶劑體系中未采用任何模板或表面活性劑通過一步回流的方法合成了直徑5納米、長徑比超過100的二氧化鈰超細(xì)納米線。這種二氧化鈰納米線具有高達(dá)125.31 m2g-1的比表面積,對(duì)重金屬離子和有機(jī)染料有著很高的吸附容量。對(duì)剛果紅染料的吸附周期只有30分鐘,吸附容量高達(dá)2382.75 mg g-1。另外,二氧化鈰超細(xì)線能夠在幾種染料的混合溶液中選擇性地吸附剛果紅染料。2.成功實(shí)現(xiàn)了二氧化鈰超細(xì)納米線與貴金屬的有效復(fù)合。將二氧化鈰超細(xì)納米線組成的納米網(wǎng)絡(luò)分散在氯金酸水溶液中,用硼氫化鈉(NaBH4)作為還原劑,在二氧化鈰超細(xì)納米線上生成了均勻分布的粒徑2-3 nm的Au納米顆粒。這種貴金屬-二氧化鈰復(fù)合材料能夠在10 s內(nèi)完全催化還原對(duì)硝基苯酚生成對(duì)氨基苯酚。具有大的表面積的二氧化鈰納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為基底,不僅能夠抑制貴金屬納米顆粒在催化反應(yīng)過程中的團(tuán)聚,同時(shí),二氧化鈰網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與貴金屬納米顆粒之間的協(xié)同作用,也能進(jìn)一步提高復(fù)合催化劑的催化活性。3.建立了一系列過渡金屬摻雜二氧化鈰超細(xì)納米線材料的制備技術(shù)。在水/乙醇混合溶劑中采用一步回流方法合成了一系列的銅摻雜二氧化鈰Ce1-xCuxO2(x=0,0.02,0.05,0.10,0.20和0.40)、過渡金屬摻雜二氧化鈰超細(xì)納米線Ce0.90M0.10O2(M=Cu,Fe,Co和Ni)以及雙過渡金屬共摻雜的二氧化鈰超細(xì)納米線。以一氧化碳(CO)催化氧化為探針反應(yīng),測試了這些材料在多相催化中的催化性能。結(jié)果表明了摻雜10 at.%銅元素的二氧化鈰Ce0.90Cu0.10O2表現(xiàn)出最好的催化活性,并且100%轉(zhuǎn)化溫度T100降到135℃C。在催化CO氧化的過程中,Ce4+/Ce3+和Cu2+/Cu+氧化還原循環(huán)都通過形成氧空位從而促進(jìn)CO氧化反應(yīng),并且催化性能對(duì)基底的選擇有著很強(qiáng)的依賴性。
[Abstract]:In recent years, one-dimensional nanostructures due to its anisotropic characteristics, unique applications in mesoscopic physics and nano devices and has become a research hotspot. Two cerium oxide as an important rare earth oxides, because of its unique physical and chemical properties, it has excellent function, has been widely used in catalysis, optics, technology the field of environmental chemistry and electrochemistry. The surface defects of two cerium oxide is mainly caused by oxygen vacancies. When in the oxygen poor environment, two cerium oxide could form a large number of oxygen vacancies and oxygen release to the environment; when in the oxygen rich environment, but also through the cerium oxide oxygen vacancy oxygen storage capacity, so the two cerium oxide with excellent oxygen release and storage of oxygen. The oxygen vacancy surface of cerium oxide two plays an important role in the catalytic oxidation reaction of CO, oxygen storage capacity enhanced catalytic activity is usually attributed to the two cerium oxide (OS C). With the material size is reduced to nanometer level, it may significantly reduce the formation of defects of nano oxide crystals, resulting in the increase of production increased and the electron carrier non stoichiometric degree. With the decrease of the particle size of two cerium oxide particles have greater surface area and volume ratio, which generate more oxygen vacancies. Two. When the size of cerium oxide is reduced to nanometer level, two rare earth elements cerium oxide not only retains the unique electronic structure, also has a series of properties of the size effect caused by the two nanometer cerium oxide crystal has many unique properties than bulk materials. This paper takes one-dimensional two cerium oxide nanowires as the research object the development of the performance, chemical preparation technology and composite materials. The results were as follows: 1. the establishment of the new technology of one-step synthesis of ultrafine cerium oxide nanowires. Two in ethanol water mixed solution 5 nm in diameter the synthesis method of agent system without using any template or surfactant by one-step reflux, the ratio of length to diameter of two more than 100 of the ultrafine cerium oxide nanowires. The two cerium oxide nanowires with high specific surface area of 125.31 m2g-1, has a high adsorption capacity for heavy metal ions and organic dye. The cycle of adsorption of Congo red dye for only 30 minutes, the adsorption capacity of up to 2382.75 mg g-1. and two cerium oxide thin in a mixture of several dyes in the selective adsorption of Congo red dye.2. has been developed successfully two cerium oxide superfine composite nanowires and precious metals. Two cerium oxide ultrafine nano were composed of nano network dispersed in HAuCl4 aqueous solution, using sodium borohydride (NaBH4) as the reducing agent in two cerium oxide nano line generated Au nanoparticles uniformly distributed particle size of 2-3 nm. The precious Metal - two cerium oxide composite material can be completely within 10 s catalytic reduction of p-nitrophenol to p-aminophenol. The two generation of cerium oxide nano network structure has a large surface area as the base, not only can inhibit the noble metal nanoparticles in catalysis in the process of the reunion, at the same time, the synergy between the two cerium oxide and network structure noble metal nanoparticles, but also further improve the preparation technology of catalytic activity of.3. catalyst has established a series of transition metal doped two cerium oxide ultrafine nanowire materials. In water / ethanol mixed solvent by one-step reflux method to synthesize a series of copper doped cerium oxide two Ce1-xCuxO2 (x=0,0.02,0.05,0.10,0.20 and 0.40) two, transition metal doped cerium oxide ultrafine Ce0.90M0.10O2 nanowires (M=Cu, Fe, Co and Ni) and two cerium oxide ultrafine double transition metal doped nanowires. The carbon dioxide (CO ) catalytic oxidation as probe reaction, the catalytic properties of these materials in heterogeneous catalysis were tested. The results showed that two Ce0.90Cu0.10O2 doped CeO2 Cu 10 at.% exhibited the best catalytic activity, and the 100% transformation temperature of T100 is reduced to 135 DEG C C. in the process of catalytic oxidation of CO, Ce4+/Ce3+ and Cu2+/Cu+ redox cycle through the formation of oxygen vacancies so as to promote the CO oxidation reaction, and catalytic performance of the substrate has a strong dependence.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ133.3;TB383.1

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本文編號(hào)：1768480