Nd掺杂优化Ce-Zr氧化物的储氧性能

49 浏览量更新于2024-09-03 收藏 477KB PDF 举报

"该研究论文探讨了"钕掺杂对铈锆复合氧化物储氧性能的影响"。作者翁端、王蕾和他们的团队利用共沉淀法制备了一系列不同钕（Nd）掺杂比例的铈锆复合氧化物。他们主要运用了X射线衍射(XRD)、比表面分析(BET)、电子顺磁共振(EPR)等技术来深入研究Nd对复合氧化物的微观结构变化。首先，他们观察到Nd3+离子能够有效地嵌入到铈锆固溶体中，这种掺杂引起晶体结构的扭曲，特别是促进了四方富锆相向伪立方相的相变过程。这一相变可能影响材料的热稳定性，使得掺杂后的样品在高温下烧结倾向得到一定程度的抑制。其次，Nd的掺入增加了Ce3+的含量，这在一定程度上提升了样品的新鲜和老化状态下储氧能力(简称OSC，即Oxygen Storage Capacity)，这是评价储氧材料性能的关键指标。这表明Nd的掺杂不仅有助于提高材料的氧缺陷浓度，增强氧化还原转化能力，还优化了其抗热老化的性能。此外，Nd作为邻近Ce的轻稀土元素，其三价离子状态和接近的离子半径使得它能有效增加复合氧化物中的氧空位浓度，这对于提高材料的动态和静态储氧特性具有重要意义。作者通过XRD、BET、EPR等实验手段，对这些影响进行了定量评估和深入分析。这篇首发论文提供了关于Nd掺杂对Ce-Zr复合氧化物储氧性能提升的有价值信息，对于优化此类材料在汽车尾气三效催化剂中的应用具有理论指导意义。未来的研究可能会进一步探索更精确的掺杂策略，以实现更高性能的储氧材料。"

http://www.paper.edu.cn

-1-

钕掺杂对铈锆复合氧化物储氧性能的影响

翁端，王蕾，吴晓东，吴筱笛

清华大学材料科学与工程系先进材料教育部重点实验室，北京（100084）

E-mail：duanweng@tsinghua.edu.cn

摘要：通过共沉淀法合成了不同钕（Nd）掺杂量的铈锆复合氧化物。利用 XRD、BET、

EPR 等手段研究了 Nd 对铈锆复合氧化物结构影响，并评价了样品在 500 ℃的动态和静态储

放氧特性。结果表明，Nd

离子能够进入铈锆固溶体，导致晶格扭曲，促进四方富锆相向伪

立方相转变，并在一定程度上抑制铈锆的高温烧结。掺杂适量 Nd 后，样品的 Ce

含量增多，

从而提高了新鲜及老化样品的储氧能力（OSC）。

关键词：无机非金属材料；富锆复合氧化物；氧化钕；伪立方相；动态储氧性能

中图分类号：TB3

0. 引言

CeO

由于其良好的氧化还原转化能力，能够扩大空燃比窗口，已在汽车尾气三效催化

剂中得到广泛应用。由于纯 CeO

在高温条件下易烧结，迅速丧失比表面和储氧性能（Oxygen

Storage Capacity，以下简称 OSC），而以 ZrO

掺杂 CeO

形成复合氧化物，一方面可通过增

加材料的氧缺陷浓度，提高铈基材料的 OSC 性能，另一方面还可改善其抗热老化能力，因

此 CeO

-ZrO

复合氧化物得到了广泛研究和应用

[1-2]

。研究表明，在富锆的复合氧化物中，

单位铈的储氧量可维持在较高水平

[3]

。

ZrO

的常温稳定晶相为四方相结构，大量 Zr

的掺入使 CeO

的立方萤石结构发生畸变，

使得富锆的复合氧化物晶相表现为四方相

[1,3]

。一些研究表明，在 ZrO

中掺杂 Nd、Sm、Y、

Er 等可以促进复合氧化物的结构向立方相转变

[4]

。而在铈锆复合氧化物中引入 Eu

、Sm

、

、La

等三价阳离子可以产生更多的阴离子缺陷

[5-7]

，有利于氧空位的产生和迁移，从而

使催化剂具有较好的 OSC 性能。Nd 为邻近 Ce 的轻稀土元素，以三价离子存在，离子半径

与 Ce 接近。在研究 Nd-Ce 复合氧化物的电导率

[8]

时发现，Nd 的掺杂可以明显增加复合氧化

物中的氧空位浓度，因此可以将其用于储氧材料中，以提高材料的储放氧能力。

本文中在富锆的铈锆复合氧化物中掺入不同含量的 Nd

，通过 XRD、BET、EPR、OSC

等表征手段来分析研究 Nd 掺杂对铈锆复合氧化物的结构和 OSC 性能的影响。

1. 实验

1.1 样品制备

采用共沉淀法制备铈锆基固溶体。样品中 Ce∶Zr=1∶3（摩尔比），Nd

在样品中的

质量分数为 0%、2%、5%，相应的编号分别为 CZ、CZN2、CZN5。将(NH

)

Ce(NO

)

、

ZrO(NO

)

和 Nd(NO

)

按需要的比例配置成混合盐溶液，作为前驱体。用去离子水、氨水、

双氧水按比例配成混合碱液，作为沉淀剂，缓慢逐滴加入配好的盐溶液并持续剧烈搅拌。沉

淀完全后继续在室温下搅拌 1 h，静置陈化 24 h。随后将得到的沉淀物用去离子水冲洗、抽

滤，110 ℃下干燥 12 h，研细，700 ℃下煅烧 3 h，炉冷得到新鲜样品。在气流速度为 0.2 L/min，

含体积比约为 7％水蒸气的空气条件下，1 050 ℃高温老化样品 5 h，得到老化样品。新鲜和

本课题得到国家重点基础研究发展计划项目（2004CB719503）和国家高技术研究发展计划项目

（2006AA060305）的资助。

下载后可阅读完整内容，剩余4页未读，立即下载

weixin_38694336

粉丝: 3
资源: 952

Nd掺杂优化Ce-Zr氧化物的储氧性能

不同制备方法对CeZrAlMn储氧材料性能影响研究

锆掺杂优化铜基氧载体的释氧性能及机理解析

硼掺杂碳纳米管对CNTs/Mg复合材料力学性能的改善

MnCeZr复合氧化物催化碳烟燃烧的热稳定性研究

稀土掺杂铁锰脱硝催化剂的制备及其性能研究

电子功用-复相结构设计高导电性锆酸钡质子导体及其制备方法

电子功用-掺锑和稀土的氧化锡复合导电粉的制备方法

电子政务-掺锑和稀土的氧化锡的复合导电粉的制备方法.zip

铬缺位铬酸镧作为固体氧化物燃料电池新型阴极的高性能连接材料

水热法制备CeO2/ZnO复合纳米结构的研究

最新资源