《天然埃洛石納米管雜化鈰鋯固溶體的微結構與性能調控》是依託中南大學，由歐陽靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：天然埃洛石納米管雜化鈰鋯固溶體的微結構與性能調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：歐陽靜
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CeO2-ZrO2( CZ )固溶體是汽車尾氣淨化用三效催化劑(TWC)的關鍵儲氧材料。本項目針對CZ材料使用時存在內部還原程度不高、容易燒結等難題，引入比表面積大、具有天然中空納米管形貌的埃洛石礦物為CZ固溶體提供氣體通道並阻礙高溫燒結，採用溶劑揮發誘導自組裝法製備埃洛石/CZ多級孔固溶體雜化材料，通過組份調節和工藝最佳化，實現催化劑性能和壽命的提高。系統研究礦物的表面特性與結構穩定性規律，掌握調控礦物分散特性的方法，查明製備工藝對雜化材料形貌與結構的影響規律，探索鈰鋯配比對材料結構、性能的影響，探明埃洛石與CZ組分的合適比例。通過系統分析礦物與CZ的微結構與界面狀態特點，揭示礦物與材料的協同增效效應，進而掌握埃洛石/CZ新型雜化礦物材料的性能調節機理。本項目的研究成果可為鈰基高性能TWC材料的可控制備與性能調控提供新技術，為礦物與材料學科的交叉融合提供新思路。
結題摘要
項目基於天然管狀礦物埃洛石(Hal)的特殊管狀形貌與穩定的晶體結構屬性，將其與鈰鋯固溶體(CZ)複合，製備新型埃洛石雜化催化材料，研究礦物與材料的物理化學性質及界面狀態及其調控規律，解析礦物基催化材料的性能控制機理。項目的主要創新點與結論如下： 1. 解析了埃洛石在受熱狀態下的結構與形貌轉變規律。發現埃洛石在高達1100℃煅燒後仍能保持管狀形貌的特殊優勢； 2. 最佳化了合成Hal/CZ礦物雜化材料的工藝技術條件及方法。查明了EISA法製備礦物雜化材料的技術原理與工藝參數； 3. 明確了滿足礦物雜化材料套用要求的成分比例範圍。CeO2含量約為50%、埃洛石體積含量為10~30%時可以獲得最佳化的儲氧容量以及比表面積； 4. 發現對礦物的接枝改性以及表面結構調整是形成礦物/材料結合界面的有效方法。篩選了合適的礦物表面改性劑，查明其對產品的影響規律。發現對埃洛石的適當擴孔、並以矽烷基改性有利於礦物與功能材料的雜化，以巰基改性則會影響產品的使用壽命。 5. 探明了礦物與CZ材料的結合與分布狀態對材料性能的決定作用。礦物與CZ界面通過Si-O-Ce(Zr)鍵結合，CZ均勻的分布於礦物表面，礦物則穿插於CZ內部。 6. 初步掌握了礦物表面選擇性、可控負載的方法及原理。成功在擴管後的埃洛石腔內組裝了Ag、BaCO3、Fe3O4等功能納米粒子。 項目研究期間，以第一作者和通訊作者在Mater. Des.、Sci. Rep.等發表SCI論文16篇，EI論文1篇，申請發明專利3項。撰寫Elsevier出版的英文專著《Nanosized Tubular Clay Minerals》中Physic-chemical Properties of Halloysite 1章4萬字，撰寫《中國大百科全書》中礦物材料詞條16條，撰寫《選礦年評》之礦物材料製備1章7萬字。合作在Adv. Funct. Mater.等發表SCI論文20篇。通過項目的研究，系統掌握了埃洛石用於高溫套用的基礎科學知識，開發了具有最佳化性能的新型催化功能材料。研究成果開拓了礦物的新型套用途徑，探索了礦物的選擇性負載技術，掌握了礦物的界面調控與性能調節技術及規律。項目完成了擬定的研究任務和目標。
