铈锆固溶体的结构、合成及在环境催化领域中的应用（英文）

作者：刘计省; 赵震; 徐春明; 刘坚^*

来源：Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(10): 1438-1487.

• 铈锆固溶体
• 结构
• 合成
• 方法
• 环境催化

二氧化铈作为一种特殊的立方萤石结构,是应用最为广泛的稀土氧化物.同时,它也是一种合适的催化剂载体,可以促进活性组分的均匀分布,提高催化活性.但纯二氧化铈在高温下容易发生团聚,导致比表面积严重降低,而锆(Zr)掺杂所形成的铈锆固溶体(CZO)会显著提高铈基催化剂的稳定性.在Zr含量较低时, CZO主要呈现立方萤石结构,随着Zr含量增加, CZO结构逐渐由立方相转变为正方相,并最终形成单斜相.此外,与其它稀土氧化物不同, CZO由于其独特的结构性质、可控的组成、良好的氧化还原性能以及氧储存性能(OSC)而备受关注.截至目前,由于其特殊的物理化学性质和有序的空间形貌,纳米尺寸CZO格外引人关注.其形貌主要包括纳米粉末、一维纳米棒、纳米管、纳米带、纳米线、二维纳米薄膜、三维纳米笼、三维介孔、大孔和多级孔.基于其不同的形貌及有序的空间结构, CZO材料呈现不同的性质,并且已被广泛应用于多相催化领域.然而,不同形貌CZO材料的性能仍然有进一步提升的空间,例如:提高材料的稳定性及机械强度;探索环境友好型合成路径;考察反应时间、温度、溶液pH值、Ce和Zr源的浓度和构型、金属掺杂等对形貌的影响;研究不同形貌CZO纳米材料的物理化学性质;阐明CZO结构、形貌与其催化性能之间的关系.环境催化可将污染物转化为无害或有价值的物质,因而被认为是当今减少环境污染最有用的方法之一.而CZO作为活性组分、载体和氧存储材料具有优异的催化活性、较高选择性、高稳定性和极强的适应能力,是环境催化领域消除污染物过程中必不可少的组分,因而被广泛应用于催化CO、VOC、Soot、PM和HC燃烧、NOx选择性催化还原和直接降解、CO2转化等反应.研究发现:采用合适的制备方法能够改善CZO的结构和物理化学性质;调节Ce/Zr摩尔比能促进CZO基材料的氧化还原性能;负载活性金属如贵金属Pt、Rh、Pd或过渡金属Mn、Co、Cu等可提高CZO的催化性能;引入第三组分不仅可以增加CZO晶格氧缺陷,改善其OSC,进而提高其催化活性、选择性和稳定性,还可以抑制晶体转变,提高CZO催化剂的热稳定性.然而,自1970年代至今,进一步提高CZO基催化剂的OSC和热稳定性以满足日益严峻的环保要求迫在眉睫.

• 单位
  中国石油大学（北京）; 化学化工学院; 沈阳师范大学; 重质油国家重点实验室