新型稀土改性二氧化錫催化劑的催化化學研究

《新型稀土改性二氧化錫催化劑的催化化學研究》是依託南昌大學，由王翔擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型稀土改性二氧化錫催化劑的催化化學研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：王翔
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

二氧化錫是具有潛在套用價值的催化材料，與其作為氣敏材料的性質相比，其作為催化材料的性質目前仍缺乏較系統深入的研究。本項目擬結合江西省豐富的稀土資源,探討稀土元素改性SnO2的有效方法及其催化化學,以期研製出不含貴金屬或含微量貴金屬，具有潛在套用價值的CO和CH4氧化催化劑。針對上述目標,本項目將研究不同4f電子結構的稀土元素對氧化錫的體相和表面性質及其氧化還原行為的改性作用，提高催化劑的活性；把部分優選的稀土改性氧化錫作為載體，負載微量貴金屬做催化劑。探討貴金屬顆粒尺寸、價態變化及其與反應性能的關係；闡明反應中心和反應機理，建立反應模型，探究其耐水失活和耐硫中毒性能。本項目有望發展性能不亞於含常量貴金屬的新型CO和CH4氧化催化劑，並為江西省豐富的稀土資源在綠色催化中的套用開闢新途徑。申請者對SnO2材料用作催化劑已進行過有益的前期研究，為本項目的完成打下了紮實的基礎。

結題摘要

二氧化錫是具有潛在套用價值的環境友好催化劑。但歷史上主要把其用作感測材料，對其催化性質缺乏系統的探討。針對該問題，本項目系統深入研究了二氧化錫材料的催化化學特性、稀土氧化物及其它過渡金屬氧化物對其結構和催化性能的調變作用，多形貌氧化錫催化材料的製備方法及其構效關係以及一些最佳化催化劑的套用前景。主要研究結果表明： （1）穩定價態為+4價的稀土離子可以有效溶入SnO2的晶格形成固溶體，因而得到氧化活性更高、熱穩定性更好的催化劑。而穩定價態為+3價的稀土離子則會形成Ln2Sn2O7燒綠石型複合氧化物，而非固溶體結構。基於對固溶體催化材料的探討，我們首次發展了簡單易行的XRD外推法用於測定非連續固溶體的晶格容量。 （2）SnO2的形貌變化會對其催化性能造成影響。SnO2納米棒具有優先暴露的（110）活性晶面，對反應物分子的吸附活化和氧化有利。且其催化行為與貴金屬催化劑相似，對CO的氧化遵循Langmuir-Hinshelwood機理。利用Cu離子等改性SnO2納米棒晶格可進一步提高其活性，可望得到貴金屬環保催化劑的替代產品。 （3）SnO2作為助劑可有效提高一些傳統環保催化劑如Hopcalite和Co3O4等低溫CO氧化催化劑的抗水性能和活性。另在傳統的重整制氫Ni/Al2O3催化劑上添加微量的Sn可有效抑制積碳，提高產氫效率。 （4）一些含SnO2複合載體用於負載貴金屬製備催化劑，可有效提高貴金屬的分散度，活性和抗水抗硫性能，因此可有效提高貴金屬的使用效率。 在項目執行過程中申請環保相關專利4項，獲授權1項。培養研究生10餘名。發表標註 SCI 檢索論文 26 篇（第一標註 21 篇），其中2篇被國際著名催化雜誌選為內封面論文。基於SnO2固溶體催化劑的研究成果，中國寶安集團公司發展了一個SnO2固溶體負載的貴金屬催化劑用於天然氣汽車尾氣淨化。經過嚴格的工況模擬測試，已成功通過了國家公告開始批量生產。