镧镍稀土钙钛矿型催化剂制备与催化性能研究

摘要 I摘要随着燃煤工业（如燃煤发电）的发展和汽车数量的增加，氮氧化物（NO占90%以上）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（CH）的排放日益严重。这三类气体不仅污染环境、影响人类正常生活，而且直接危害人类健康；同时，随着全球能源危机的加剧，节能型稀燃发动机的设计和使用日益发展。稀燃虽然可以提高燃料的燃烧效率，但也导致汽车尾气污染物特别是NO排放量的明显增加。因此，研制一种能同时有效消除上述三类有害气体的三效催化剂成为众多环境与化学工作者的研究热点之一。目前已使用的三效催化剂基本都是采用贵金属作为活性组分，虽然催化性能好，但贵金属储量少、价格昂贵，难以普遍推广。新型高效的非贵金属催化剂成为近年来的研究热点，本文制备并研究了一种具有良好三效催化性能的新型纳米稀土钙钛矿复合氧化物催化剂。首先采用溶胶-凝胶法制备+λ，并考察其A位掺杂其他金属离子的情况，得到了两种催化效果良好的催化剂La0.8Cu0.2NiO3+λ和La0.8Ba0.2NiO3+λ；其次，分别考察了两种催化剂在B位掺杂其他金属离子的情况，最终得到了两种具有良好三效催化性能的钙钛矿型催化剂La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3+O3+λ和La0.8Ba0.2Ni0.6Co0.4O3+λ。

通过活性测试分析了催化性能，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积分析（BET）、差热分析（DTA）等现代分析手段对催化剂结构进行表征，研究了催化剂性能与结构的关系。对La0.8Ba0.2Ni0.6Co0.4O3+λ的研究结果表明，La0.8Ba0.2Ni0.6Co0.4O3+λ具有良好的三效催化性能，NO、CO和C3H6的起燃温度均较低，分别为300℃、198℃和325℃； Ba、Co的加入在保持钙钛矿结构的同时引起结构畸变，增加了比表面积，从而提高了其三效催化性能。La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3+λ的研究结果表明，Cu能有效提高催化剂对NO的还原活性，Mn的掺杂大大提高了催化剂在C3H6的催化转化性能，与催化剂La0.8Cu0.2NiO3+λ相比，C3H6的起燃温度和完全转化温度分别降低了215℃和180℃，NO和CO的最高转化率均在90%以上。表征结果表明，La0.8Cu0.2Ni0.8Mn0.2O3+λ形成了钙钛矿结构。Cu、Mn的引入可以明显细化催化剂颗粒，增加活性氧空位的分散度和催化剂的比表面积，从而提高催化剂性能。