การสังเคราะห์และการดัดแปลงซีเรียมออกไซด์และการประยุกต์ในการเร่งปฏิกิริยา

ศึกษาเรื่องการสังเคราะห์และการดัดแปลงวัสดุนาโนซีเรียมออกไซด์

การสังเคราะห์ของวัสดุนาโนซีเรียรวมถึงการตกตะกอน การตกตะกอนร่วม ไฮโดรเทอร์มอล การสังเคราะห์เชิงกล การสังเคราะห์การเผาไหม้ โซลเจล ไมโครโลชั่น และไพโรไลซิส ซึ่งวิธีการสังเคราะห์หลักคือการตกตะกอนและไฮโดรเทอร์มอล วิธีไฮโดรเทอร์มอลถือเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด ประหยัดที่สุด และปราศจากสารเติมแต่ง ความท้าทายหลักของวิธีการไฮโดรเทอร์มอลคือการควบคุมสัณฐานวิทยาระดับนาโน ซึ่งต้องมีการปรับเปลี่ยนอย่างระมัดระวังเพื่อควบคุมคุณลักษณะ

การปรับเปลี่ยนของซีเรียสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้หลายวิธี ได้แก่ (1) การเติมไอออนโลหะอื่น ๆ ด้วยราคาที่ต่ำกว่าหรือขนาดที่เล็กกว่าในซีเรียลแลตทิซ วิธีการนี้ไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะออกไซด์ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น แต่ยังสร้างวัสดุใหม่ที่เสถียรพร้อมคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีใหม่อีกด้วย (2) กระจายซีเรียหรือสารอะนาล็อกที่เจือลงบนวัสดุพาหะที่เหมาะสม เช่น ถ่านกัมมันต์ กราฟีน ฯลฯซีเรียมออกไซด์ยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวพาสำหรับการกระจายตัวของโลหะ เช่น ทองคำ แพลทินัม และแพลเลเดียม การดัดแปลงวัสดุที่มีซีเรียมไดออกไซด์ส่วนใหญ่ใช้โลหะทรานซิชัน โลหะอัลคาไล/อัลคาไลเอิร์ธหายาก โลหะแรร์เอิร์ธ และโลหะมีค่า ซึ่งมีการออกฤทธิ์ที่ดีกว่าและมีเสถียรภาพทางความร้อน

การประยุกต์ใช้ของซีเรียมออกไซด์และตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิต

1,การประยุกต์ใช้สัณฐานวิทยาต่างๆของซีเรีย

ลอร่าและคณะ รายงานการกำหนดแผนภาพเฟสสัณฐานวิทยาของซีเรียสามประเภท ซึ่งเกี่ยวข้องกับผลกระทบของความเข้มข้นของด่างและอุณหภูมิการบำบัดด้วยความร้อนในขั้นสุดท้ายซีโอ2สัณฐานวิทยาของโครงสร้างนาโน ผลลัพธ์บ่งชี้ว่ากิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัตราส่วน Ce3+/Ce4+ และความเข้มข้นของตำแหน่งว่างของออกซิเจนที่พื้นผิว เหว่ยและคณะ สังเคราะห์สาม Pt/ซีโอ2ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีสัณฐานวิทยาของพาหะต่างกัน (เช่น แท่ง (ซีโอ2-R) ลูกบาศก์ (ซีโอ2-C) และทรงแปดด้าน (ซีโอ2-O) ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำของ C2H4 เบียน และคณะ ได้เตรียมชุดของวัสดุนาโน CeO2ด้วยสัณฐานวิทยารูปแท่ง ทรงลูกบาศก์ เม็ด และทรงแปดหน้า พบว่ามีตัวเร่งปฏิกิริยาโหลดอยู่อนุภาคนาโน CeO2(5Ni/NPs) มีฤทธิ์ในการเร่งปฏิกิริยาที่สูงกว่ามากและมีความคงตัวที่ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีรูปแบบอื่นของซีโอ2สนับสนุน.

2.การย่อยสลายตัวเร่งปฏิกิริยาของมลพิษในน้ำ

ซีเรียมออกไซด์ได้รับการยอมรับว่าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของโอโซนที่มีประสิทธิภาพสำหรับการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ที่เลือกสรร เซียว และคณะ พบว่าอนุภาคนาโน Pt สัมผัสกันอย่างใกล้ชิดซีโอ2บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาและเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงกิจกรรมการสลายตัวของโอโซนและทำให้เกิดสายพันธุ์ออกซิเจนที่มีปฏิกิริยามากขึ้น ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดออกซิเดชันของโทลูอีน จาง หลานเหอและคนอื่นๆ เตรียมเจือด้วยซีโอ2/ตัวเร่งปฏิกิริยา Al2O3 โลหะออกไซด์ที่เจือเป็นพื้นที่ปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบอินทรีย์และ O3 ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาสูงขึ้นของซีโอ2/Al2O3 และการเพิ่มขึ้นของตำแหน่งออกฤทธิ์บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา

ดังนั้นการศึกษาจำนวนมากจึงแสดงให้เห็นว่าซีเรียมออกไซด์ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบคอมโพสิตไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มการย่อยสลายของสารมลพิษขนาดเล็กอินทรีย์ที่ไม่เป็นระเบียบในด้านการบำบัดน้ำเสียด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยโอโซนเท่านั้น แต่ยังมีผลยับยั้งโบรเมตที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยโอโซนอีกด้วย มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในการบำบัดน้ำโอโซน

3 การย่อยสลายตัวเร่งปฏิกิริยาของสารประกอบอินทรีย์ระเหย

ซีโอ2เช่นเดียวกับแรร์เอิร์ธออกไซด์ทั่วไปที่ได้รับการศึกษาในการเร่งปฏิกิริยาแบบหลายเฟส เนื่องจากมีความสามารถในการกักเก็บออกซิเจนสูง

วังและคณะ สังเคราะห์ออกไซด์คอมโพสิต Ce Mn ด้วยสัณฐานวิทยารูปแท่ง (อัตราส่วนฟันกราม Ce/Mn เท่ากับ 3:7) โดยใช้วิธีไฮโดรเทอร์มอล Mn ไอออนถูกเจือเข้าไปในซีโอ2กรอบการทำงานเพื่อแทนที่ Ce ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความเข้มข้นของตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจน เนื่องจาก Ce4+ ถูกแทนที่ด้วยไอออน Mn จึงเกิดช่องว่างของออกซิเจนมากขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้มีกิจกรรมสูงขึ้น ดู่และคณะ ตัวเร่งปฏิกิริยา Mn Ce ออกไซด์สังเคราะห์โดยใช้วิธีการใหม่ที่ผสมผสานวิธีตกตะกอนรีดอกซ์และวิธีไฮโดรเทอร์มอล โดยพบว่าอัตราส่วนของแมงกานีสและซีเรียมมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา และส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพและกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมในแมงกานีสซีเรียมออกไซด์มีบทบาทสำคัญในการดูดซับโทลูอีน และแมงกานีสก็แสดงให้เห็นว่ามีบทบาทสำคัญในการเกิดออกซิเดชันของโทลูอีน การประสานงานระหว่างแมงกานีสและซีเรียมช่วยปรับปรุงกระบวนการปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา

4.ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง

ซัน และคณะ เตรียม Ce Pr Fe-0 @ C โดยวิธีตกตะกอนร่วมได้สำเร็จ กลไกเฉพาะคือปริมาณยาสลบของ Pr, Fe และ C มีบทบาทสำคัญในกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก การแนะนำ Pr, Fe และ C ในปริมาณที่เหมาะสมซีโอ2สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกของตัวอย่างที่ได้รับได้อย่างมาก เนื่องจากมีการดูดซึมสารมลพิษได้ดีขึ้น การดูดซับแสงที่มองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อัตราการก่อตัวของแถบคาร์บอนที่สูงขึ้น และตำแหน่งออกซิเจนที่ว่างมากขึ้น กิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่เพิ่มขึ้นของซีโอ2-GO นาโนคอมโพสิตที่จัดทำโดย Ganesan และคณะ มีสาเหตุมาจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้น ความเข้มของการดูดกลืนแสง แถบความถี่แคบ และผลกระทบจากการตอบสนองแสงของพื้นผิว หลิวและคณะ พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิต Ce/CoWO4 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์ที่มีประสิทธิภาพสูงพร้อมมูลค่าการใช้งานที่เป็นไปได้ เปโตรวิช และคณะ เตรียมไว้ซีโอ2ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้วิธีการอิเล็กโทรดกระแสคงที่และดัดแปลงด้วยความดันบรรยากาศแบบไม่ให้ความร้อนซึ่งทำให้เกิดโคโรนาพลาสมา ทั้งวัสดุดัดแปลงพลาสมาและวัสดุที่ไม่มีการดัดแปลงมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่ดีทั้งในกระบวนการย่อยสลายพลาสมาและโฟโตคะตาไลติก

บทสรุป

บทความนี้ทบทวนอิทธิพลของวิธีการสังเคราะห์ของซีเรียมออกไซด์สัณฐานวิทยาของอนุภาค บทบาทของสัณฐานวิทยาต่อคุณสมบัติพื้นผิวและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา ตลอดจนผลเสริมฤทธิ์กันและการประยุกต์ระหว่างซีเรียมออกไซด์และสารเจือปนและพาหะ แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ซีเรียมออกไซด์ได้รับการศึกษาและนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านการเร่งปฏิกิริยา และมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น การบำบัดน้ำ แต่ก็ยังมีปัญหาในทางปฏิบัติมากมาย เช่น ปัญหาที่ไม่ชัดเจนซีเรียมออกไซด์สัณฐานวิทยาและกลไกการโหลดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับซีเรียม จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันระหว่างส่วนประกอบต่างๆ และการศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาของโหลดต่างๆ

ผู้เขียนวารสาร

มณฑลซานตงเซรามิกส์ 2023 ฉบับที่ 2: 64-73

ผู้แต่ง: โจว ปิน, หวังเผิง, เมิ่ง ฟานเผิง ฯลฯ