La-0-8-Cu-0-2-Ni-1-x--省略--xO-3钙钛矿氧化物的制备及

文章编号：1001-4217（2010）04-0050-08La0.8Cu0.2Ni1－xMxO3钙钛矿氧化物的制备及催化性能研究郭锡坤1，韩福勇1，孟韩1，陈耀文2（1.汕头大学化学系，广东汕头515063；2.汕头大学中心实验室，广东汕头515063）摘要：采用柠檬酸络合法制备了一系列La0.8Cu0.2Ni1－xMxO3（M分别为Mn、Fe和Co）钙钛矿复合氧化物.催化性能的测定结果表明：750℃焙烧制得的催化剂La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3显示出良好的三效催化性能，能使贫燃条件下CO、NO和C3H6的起燃温度较低，分别为165℃、295℃和302℃，当温度高于400℃时完全转化.扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）的测试分析结果表明：La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3因具有良好的钙钛矿晶型结构，且为纳米级晶体，所以三效催化性能良好.关键词：钙钛矿；三效催化剂；溶胶-凝胶法；镍；锰中图分类号：O643文献标识码：A0引言随着燃煤行业（例如燃煤发电）的发展和燃油机动车数量的增加，所排放的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（其中NO占90％以上）等有害气体越来越多.这些气体不仅严重污染了大气环境，同时也直接损害了人们的身体健康.因此，研制一种能同时消除上述3种有害气体的催化剂，就成为亟待解决的重要课题[1-3].目前，三效催化剂普遍采用Pt、Pd和Rh等贵金属作为活性组分，虽然具有很好的催化活性，但贵金属资源短缺，价格昂贵，难以全面推广[4].20世纪70年代初期，Voorboeve等人[5-6]认为，利用稀土元素制成的钙钛矿型复合氧化物可望代替贵金属催化剂，随后，科研工作者不断努力研制稀土钙钛矿型氧化物催化剂.而从已有的文献报道可以看到，稀土钙钛矿型氧化物催化剂能使CO和HC的转化率达到较高的水平，但普遍存在起燃温度太高和NO转化率太低的问题[7].稀土钙钛矿型复合氧化物的化学通式可表示为ABO3，前期研究已经对A位为La、B位为Ni的氧化物催化剂LaNiO3进行研制，并且采用Ca、Sr、Ba和Cu等金属离子对其A位La进行部分取代的改性研究，实验结果显示当La与Cu的摩尔比为0.8︰0.2时制得La0.8Cu0.2NiO3催化活性最佳[8].在此基础上，本研究将继续探讨对La0.8Cu0.2NiO3的B位掺杂其它金属离子的改性研究，制备La0.8Cu0.2Ni1－xMxO3（M分别为Mn、Fe和Co）系列钙钛矿复合氧化物，并且探讨其催化性能收稿日期：2010-08-19作者简介：郭锡坤（1946-），男，广东潮州人，教授.研究方向：工业催化，烟气尾气净化.E-mail：xkguo@stu.edu.cn基金项目：广东省科技计划项目（2006B36702003）；国家自然科学基金资助项目（60971075）2010年11月汕头大学学报（自然科学版）第25卷第4期Nov.2010JournalofShantouUniversity(NaturalScience)Vol.25No.4与微观结构的关系，最终找到了催化性能更好的La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3催化剂.1实验1.1催化剂制备称取一定物质的量比的La、Cu、Ni和M（M分别为Mn、Fe和Co）硝酸盐（分析纯），按与金属离子摩尔比为1.5︰1的量称取柠檬酸，用二次去离子水充分溶解后，置于75℃水浴中搅拌，直到溶液变成粘稠的溶胶，继续搅拌至形成湿凝胶.将湿凝胶取出放到恒温烘箱中进行干燥，温度控制在110℃，得到干凝胶；然后在马弗炉中对干凝胶进行焙烧，冷却至室温后，对其研磨、筛分，得到具有一定粒径大小的La0.8Cu0.2Ni1－xMxO3（M分别为Mn、Fe和Co）催化剂.1.2催化剂评价催化剂的活性评价在微型固定床石英反应器装置中进行，模拟气的组成为：0.1%NO，1.0%CO，0.1%C3H6，O2可调，平衡气为高纯N2.催化剂用量为0.2g，反应气体的空速为40000h-1，用FGA-4100型5组分汽车尾气检测仪（广东佛山分析仪有限公司）在线检测混合气中各组分的含量，并以CO、C3H6和NO的进口浓度和出口浓度来计算3种气体的转化率.本实验采用CO、C3H6和NO的转化率及其起燃温度T50（转化率为50%时的温度）和完全转化温度T90（转化率达到90%时的温度）来评价催化剂的催化活性[9].参照文献［10］，用Schlatter常数“S”来表示空燃比，S=（2c（O2）+c（NO））/（c（CO）+9c（C3H6））（S=1.0为理论空燃比，S＞1.0为贫燃条件）.1.3催化剂表征XRD测试在Bruker-D8型X射线衍射仪（德国布鲁克公司）上进行.采用CuKα辐射源，管流40mA，管压40kV.SEM测试