论文部分内容阅读
本文采用溶胶-凝胶法制备了双钙钛矿催化剂La2MnCuO6以及与之复合的不同氧化物助剂（La2O3，MnO2和Mn3O4），并在甲烷催化燃烧反应中测试实验制备的复合催化剂的催化活性。不同催化剂的组成、结构和性质利用X-射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜以及程序升温还原反应等手段进行研究。 本文对于系列催化剂的研究主要从三个方面展开，第一，对比研究稀土双钙钛矿催化剂La2MnCuO6与不同助剂MnO2/Mn3O4/La2O3复合的协同效应;第二，对比研究不同复合比例时，某一助剂对双钙钛矿催化剂La2MnCuO6的改性增效作用;第三，横向比较不同B位元素氧化物以及A/B位元素氧化物之间与A2BBO6复合的协同效应。 实验得到如下结论，XRD结果发现，三个系列复合催化剂中同时存在La2MnCuO6和相应氧化物两种物相;TEM测试结果发现，复合催化剂中存在着两种不同的晶格条纹，表明其确实是两相共存的复合物;通过XPS对催化剂中各相关离子的价态和含量的分析发现，更高含量的Mn4+和Olat均有利于活性提高。在催化活性方面，第一，当使用MnO2作为助剂时，助剂MnO2与单组分催化剂La2MnCuO6按照1∶1复合时获得最佳的催化活性。与单组分催化剂 La2MnCuO6相比较，复合催化剂La2MnCuO6-MnO2的起燃温度(T10)下降64.7℃（420℃→355.3℃），完全转化温度(T90)下降70℃（645℃→575℃）。根据活性数据计算得到，复合催化剂La2MnCuO6-MnO2的表观活化能相较于单组分催化剂La2MnCuO6也相应降低(68.8 kJ/mol→62.8 kJ/mol)，与活性测试结果一致。第二，当使用Mn3O4作为助剂时，Mn3O4与单组分催化剂La2MnCuO6按照1∶1的比例复合时获得最佳的催化活性。与单组分催化剂La2MnCuO6相比较，复合催化剂La2MnCuO6-Mn3O4的起燃温度(T10)下降了45℃(420℃→375℃)，完全转化温度(T90)下降了30℃(645℃→615℃)。而复合催化剂La2MnCuO6-Mn3O4活化能Ea的降低(68.8 kJ/mol→65.7 kJ/mol)也与活性测试结果一致。第三，当使用La2O3作为助剂时，La2O3与单组分催化剂La2MnCuO6按照1∶1的比例复合时获得最佳的催化活性。与单组分催化剂La2MnCuO6相比较，复合催化剂La2MnCuO6-La2O3的起燃温度(T10)降低39℃(420℃→379℃)，完全转化温度(T90)降低43℃(645℃→602℃)。通过实验结果计算发现，与单组分催化剂La2MnCuO6相比，复合催化剂La2MnCuO6-La2O3的表观活化能明显降低(68.8 kJ/mol→62.9 kJ/mol)，符合活性实验结果。 综合不同对比实验结果发现，通过复合合适的氧化物助剂可以显著提高复合催化剂的催化性能，通过XPS测试和分析发现，催化剂中较高含量的Mn4+和晶格氧物种均有利于甲烷燃烧催化剂活性提高，并且向催化剂体系中直接加入Mn4+物种是一种可行且有效的改善双钙钛矿催化剂La2MnCuO6甲烷催化氧化性能的途径。此外，用来与双钙钛矿复合的氧化物均具有价廉易得的特点，因而也有可能应用于工业生产中。