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由于二氧化铈性质稳定、制备简单、价格低廉、具有独特的储放氧性能,其作为催化剂在催化研究中受到广泛的关注,已在一氧化碳氧化、水气变换反应等方面获得应用。相关研究表明二氧化铈材料的尺寸、形貌、局域结构能明显影响它的表面性质进而影响其催化性能。在这些研究中,通过调控纳米催化材料的形貌可选择性地暴露特定能量的晶面,从而大幅度提升催化反应活性、选择性和稳定性——即纳米催化中的形貌效应,是当前纳米催化研究的热点之一。已有相关报道表明对于暴露不同晶面的具有不同形貌的二氧化铈纳米材料可在很多不同的反应中表现出明显的活性和选择性的差别。本论文围绕二氧化铈纳米晶的合成及催化性能展开研究得到如下结果:
1,制备了不同形貌的二氧化铈纳米晶并研究其形貌对催化氢化反应活性的影响。通过水热法,化学沉淀法等方法制备了形貌、尺寸可控的二氧化铈纳米棒、纳米颗粒、纳米方块、纳米八面体,分别暴露{110}、{100}和{111}晶面。选择工业中有广泛应用的硝基苯及其衍生物的催化氢化为模型反应,当以水合肼为还原剂时,二氧化铈纳米棒可在温和的条件下高选择性的催化还原硝基苯到苯胺。对含多种不同官能团的硝基苯衍生物,二氧化铈纳米棒均表现出较高的催化活性和官能团的耐受性并且循环使用多次后,其催化性质也基本稳定。研究结果表明催化剂的形貌对反应有显著的影响。对于不同形貌的二氧化铈纳米催化剂,主要暴露{110}面的二氧化铈纳米棒比暴露{100},{111}面的其它二氧化铈纳米结构有更高的活性。
2,研制了负载钯纳米颗粒的二氧化铈纳米棒复合纳米催化剂。为了进一步研究催化剂的形貌对催化活性的影响,我们采用浸渍法将贵金属钯原位的负载在主要暴露{110}晶面且活性较高的二氧化铈纳米棒上。研究结果显示,与传统的钯催化剂相比,负载钯的二氧化铈纳米棒在苯甲醇的氧化反应中表现出优越的催化选择性和活性,可在无溶剂条件下以空气为氧化剂,将苯甲醇选择性的转化为苯甲醛。