多孔四價(jià)金屬氧化物納米材料的通用制備和結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、多孔四價(jià)氧化物納米材料作為一種新型的無(wú)機(jī)功能材料，由于自身獨(dú)特的物化性能而被廣泛的作為催化劑或者催化劑載體用于光催化、催化加氫、氧化等各個(gè)催化領(lǐng)域，尤其是具有可還原性的氧化物納米材料如二氧化鋯(ZrO2)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鈦(TiO2)等。
　　目前制備金屬氧化物仍普遍采用傳統(tǒng)的溶膠凝膠法或共沉淀法進(jìn)行制備，這些方法存在諸多問(wèn)題，如傳統(tǒng)的方法要添加表面活性劑或使用模板，需經(jīng)過(guò)煅燒才能得到相應(yīng)的金屬氧化物;原料混合的不均

2、勻性導(dǎo)致產(chǎn)物組成的不確定性與結(jié)構(gòu)的多變性;比表面積較低、孔道結(jié)構(gòu)不夠發(fā)達(dá)、表面惰性;缺乏對(duì)氧化物成核和生長(zhǎng)過(guò)程的有效控制。為了克服傳統(tǒng)制備方法與技術(shù)存在的諸多的缺點(diǎn)，需要提出或創(chuàng)制一些新的制備方法與技術(shù)手段來(lái)獲得組成均勻、結(jié)構(gòu)一致、比表面積高，孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、具有特殊晶面取向和表面缺陷的催化材料，以實(shí)現(xiàn)和保證催化材料在實(shí)際催化反應(yīng)中催化性能得到最大程度的發(fā)揮，開(kāi)發(fā)其潛在的價(jià)值。
　　本論文提出了將成核/晶化隔離法與熱動(dòng)力學(xué)可控的水熱

3、法相結(jié)合的新的合成方法，首次以硼氫化鈉(NaBH4)為沉淀劑，在沒(méi)有添加任何表面活性劑或使用任何模板的情況下，不需要經(jīng)過(guò)高溫煅燒，直接一步合成了所需的四價(jià)金屬氧化物，證實(shí)了新方法的可行性和普適性，同時(shí)對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了初步研究，并考察了所得多孔四價(jià)金屬氧化物在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
　?。ㄒ唬┩ㄟ^(guò)利用該方法批量合成了高比表面的多孔氧化鋯納米材料，比表面積高達(dá)274.8 m2 g-1的四方相ZrO2四價(jià)金屬氧化物，并分別在200℃、400

4、℃、600℃下對(duì)其進(jìn)行煅燒考察其穩(wěn)定性。通過(guò)XRD、TEM、BET等表征闡述了ZrO2四價(jià)金屬氧化物的形貌、晶相以及織構(gòu)性能，發(fā)現(xiàn)制備的ZrO2比表面積高、穩(wěn)定性好、孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，證實(shí)了該方法的可行性。同時(shí)，為了探究熱力學(xué)控制的水熱法的合成機(jī)理，我們還考察了沉淀劑濃度、反應(yīng)溫度、沉淀劑的種類對(duì)制備的ZrO2的形貌、晶相、織構(gòu)性能的影響，發(fā)現(xiàn)NaBH4在反應(yīng)中不僅扮演著沉淀劑的角色，而且為反應(yīng)提供了一個(gè)持續(xù)動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)環(huán)境，體系中初始形成的

5、ZrO2晶核的表面能以及由NaBH4水解生成的H2氣泡的氣泡效應(yīng)直接影響著ZrO2的形貌、晶相、織構(gòu)性能。換句話說(shuō)，當(dāng)膠體磨的狹縫寬度和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，可以通過(guò)調(diào)變NaBH4的濃度來(lái)調(diào)控ZrO2的形貌、晶相、織構(gòu)性能。同時(shí)該方法具有很好的普適性，我們利用這種新的方法成功合成了比表面積為291.2 m2 g-1的CeO2和比表面積為186.1 m2 g-1的TiO2，遠(yuǎn)高于已報(bào)道的傳統(tǒng)方法制備的比表面積，目前關(guān)于該方法在其他具有廣泛工業(yè)應(yīng)用價(jià)

6、值的金屬氧化物的制備實(shí)驗(yàn)仍在進(jìn)行，該方法為高性能金屬氧化物納米材料的制備提供了一種新的思路及可行性。
　　（二）該方法不僅適用于單一金屬氧化物的制備，同時(shí)對(duì)于多元金屬及金屬氧化物的制備同樣具有普適性，我們利用該方法合成了比表面積高達(dá)263.5 m2 g-1的ZrO2-Ni(OH)2新型復(fù)合氧化物載體，并利用液相還原的方法，以NaBH4為還原劑，制備高分散的負(fù)載型金催化劑Au/ZrO2-Ni(OH)2，其中Au的負(fù)載量為1％wt，并