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第二十一届全国稀土催化学术会议在沈阳召开

时间:2016-09-13

我国是稀土资源大国,十三五期间我国稀土正从原材料的开发向推广应用转变,稀土催化作为稀土科学和和催化科学的重要分支,必将起到重要作用。加强稀土催化在能源、环境、材料等方面的应用基础研究,既可提高生产效率,又能高效利用资源和减少环境污染,符合国家“十三五”可持续发展的战略方向。

经中国稀土学会批准,第二十一届全国稀土催化学术会议于2016年9月9-11日在历史悠久的东北重镇沈阳召开。反映近年来我国在稀土催化材料以及稀土催化剂研究和应用方面所取得的成就,深入地探讨稀土催化领域所面临的机遇、挑战及未来发展方向,进一步促进和活跃我国稀土催化以及相关领域的科学技术事业的发展。

能源环境催化北京市重点实验室的张润铎教授受邀进行了题为《钙钛矿氧化物催化脱除环境有害废气》的Keynote报告,汇报了重点实验室的相关研究进展。

汇报内容简介:

钙钛矿氧化物催化脱除环境有害废气

张润铎*

作者单位:北京化工大学,城市:北京市朝阳区,邮编:100029

*通讯作者电子邮箱:zhangrd@mai.buct.edu.cn

我国稀土储量丰富(占世界总储量的80%),如何有效利用稀土资源一直成为我国学者研究的重点方向之一。将稀土元素(La、Sr、Ce等)与过渡金属元素(Co、Mn、Fe、Cu等)相结合形成ABO3钙钛矿复合氧化物,由于其氧化/还原性能优异、价格便宜、热稳定性好、机械强度高、种类丰富、催化性能理想,而被广泛应用于环境催化领域。而传统的钙钛矿氧化物合成通常经历高温(>800oC)路线,因而所制备钙钛矿氧化物的比表面积较低(几平方米/克),导致表观活性不理想,限制了其实际应用;有效提高钙钛矿比表面积、改善织构特性,以便于其氧化/还原性能的充分发挥显得尤为重要。

在前期探索的基础上发明了高能球磨技术,利用机械能量来辅助钙钛矿晶体结构的形成,可将钙钛矿氧化物的比表面积提高到50-120 m2/g的水平,催化活性因而得到显著的改善;另外,该技术还具有自动化程度高,操作成本低,适合于大规模工业化生产的特点。此外,通过SBA-15硬模板纳米浇铸技术,也获得了具有长程介孔有序,高比表面的钙钛矿氧化物,研究发现,SBA-15的残留对比表面积和催化行为均产生重要影响。而通过苯甲醇合成方法,获得晶粒小于15纳米的钙钛矿氧化物,其比表面积也获得了显著的提升。总之,通过一系列特色的技术可实现钙钛矿复合氧化物比表面积的显著增高,可预期其理化性能得到改善。

鉴于钙钛矿复合氧化物优异的氧化/还原性能,其表面氧物种的考察非常必要。作者针对分子氧、原子氧、晶格氧、超化学计量氧等物种进行了系统地研究,认为钙钛矿氧化物表面的氧空位有利于分子氧的形成,是氧化/还原活性好坏的关键所在。而借助先进的18O2同位素吸附/交换技术,对特殊的“边界迁移氧”进行了表征,发现在CO氧化过程中,除表面氧外,表面晶格氧也发挥了重要作用。另外,作者克服了钙钛矿氧化物上红外光透射/反射强度弱的难题,采用原位红外漫反射技术,推断出LaFe1-x(Cu, Pd)xO3钙钛矿氧化物上丙烯催化还原NO遵循“含氮有机中间物种”机理,提出了Cu,Pd部分取代可改变反应路径的新观点:Cu离子掺杂有利于丙烯的活化,生成大量的含氧有机物,导致LaFeO3脱硝活性的提高;而Pd离子掺杂有利于抑制惰性离子态硝酸盐的形成,取得理想的低温脱硝效果。而钙钛矿氧化物的量化计算也成为机理研究的有力支撑。最终,将系列钙钛矿复合氧化物用于NO催化还原、丙烯腈和NH3催化燃烧等反应体系,均取得了良好的脱除效果。

参考文献:

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