水热法制备特定形貌单晶

1、水热法制备特定形貌单晶La2-xSrxCuO4及甲烷催化氧化性能张悦，张磊等. 水热法制备特定形貌单晶La2-xSrxCuO4及甲烷催化氧化性能. 催化学报J.2009,30(4):347354 1.Introduction 2.Experimental 3.Results 4.What I have learned 已有研究表明，除了晶体结构缺陷外，粒径和表面形貌对(类)钙钛矿型氧化物的催化性能也有着重要影响；而这些因素又与催化剂的制备方法及条件紧密相关。 固体催化剂多为多晶纳微米粒子，而对特定表面形貌的单晶纳微米粒子研究较少。p近年来发展起来的水热法是合成特定形貌固体化近年来发展起来的水热

2、法是合成特定形貌固体化合物的一种新方法，它是借助于密封反应釜中因合物的一种新方法，它是借助于密封反应釜中因高温而形成的高压环境，促进纳米粒子的自组装高温而形成的高压环境，促进纳米粒子的自组装过程，从而有利于获得物化性质不同于传统方法过程，从而有利于获得物化性质不同于传统方法的目标产物的目标产物p本文以不同化合物为金属源，采用水热法并在一本文以不同化合物为金属源，采用水热法并在一定温度下灼烧水热后所得产物，制备了单晶类钙定温度下灼烧水热后所得产物，制备了单晶类钙钛矿型氧化物钛矿型氧化物La2-xSrxCuO4(x=0,1)纳微米粒子，纳微米粒子，并对这些具有特定表面形貌单晶纳微米粒子进行并对这些

3、具有特定表面形貌单晶纳微米粒子进行了表征，考察了其对甲烷氧化反应的催化性能了表征，考察了其对甲烷氧化反应的催化性能1. 制备具有特定形貌的氧化铜和氧化镧：制备具有特定形貌的氧化铜和氧化镧：(1)(1)水热法制备氧化铜，水热法制备氧化铜，(2)(2)沉淀法制备氧化镧；沉淀法制备氧化镧；2. La2-xSrxCuO4(x=0,1)的制备的制备 按化学计量比称取金属源，溶解后与氢氧化钾反应，按化学计量比称取金属源，溶解后与氢氧化钾反应，得沉淀；移至自压釜内，水热处理，然后进行一些后处理得沉淀；移至自压釜内，水热处理，然后进行一些后处理得固体粉末；然后相继用不同温度加热，最终可得目标催得固体粉末；然后

4、相继用不同温度加热，最终可得目标催化剂。化剂。La2-xSrxCuO4(x=0,1)的制备的制备根据金属源的不同分类：根据金属源的不同分类： (1)氧化铜为金属源氧化铜为金属源CuO_LCO(CuO_LSCO) (2)氧化镧为金属源氧化镧为金属源La2O3_LCO(La2O3_LSCO) (3)硝酸镧和硝酸铜为金属源硝酸镧和硝酸铜为金属源 Nitrate_LCO(Nitrate_LSCO)以柠檬酸络合法制备了多晶结构的催化剂，记为以柠檬酸络合法制备了多晶结构的催化剂，记为l图图1 1是是La2CuO4和和LaSrCuO4的的XRD谱谱l通过与标准谱图的比较可知通过与标准谱图的比较可知 CuO_

5、LCO CuO_LCO，LaLa2 2O O3 3_LCO_LCO和和Nitrate_LCONitrate_LCO具有正交类钙具有正交类钙钛矿型结构；钛矿型结构； 而掺杂而掺杂SrSr后的后的CuO_LSCOCuO_LSCO，LaLa2 2O O3 3_LSCO_LSCO和和Nitrate_LSCONitrate_LSCO具有四方类钙钛矿型结构。具有四方类钙钛矿型结构。l图图2 2给出了给出了CuOCuO和和LaLa2 2O O3 3的电镜照片的电镜照片l由图可见，由水热法制得的氧化铜呈纺锤体状由图可见，由水热法制得的氧化铜呈纺锤体状( (中间大而两端尖中间大而两端尖) )l由沉淀法所获得的氧

6、化镧为较均匀的片状纳微米粒子由沉淀法所获得的氧化镧为较均匀的片状纳微米粒子l图图3为不同前体制得的为不同前体制得的La2CuO4催化剂的催化剂的SEM和和TEM照片照片l图图4 4为掺为掺Sr后各催化剂的后各催化剂的SEM和和TEM照片照片lXPSXPS是表征催化剂表面物种性质的有力手段表是表征催化剂表面物种性质的有力手段表1 1列出了列出了La2-xSrxCuO4的的O1O1s s和和Cu2Cu2p p3/23/2的的XPSXPS分析结果和比表面积分析结果和比表面积l而表面吸附氧量的增加有利于催化剂活性的提高而表面吸附氧量的增加有利于催化剂活性的提高; ;l掺杂掺杂Sr提高了催化剂表面提高了

7、催化剂表面Cu3+的含量，这将有利于更多氧的含量，这将有利于更多氧空位的形成空位的形成. .催化剂活性评价l由图7可见，甲烷反应速率随反应温度升高而增加其中CuO-LCO和Nitrate-LSCO分别在LCO和LSCO系列催化剂中表现出最高的催化活性.l从图7可以看到，单晶结构的 La2-xSrxCuO4的催化活性高于相应多晶结构的因此，我们认为单晶结构是影响催化活性的一个重要因素。Sr掺杂显著提高了催化剂表面Cu3+浓度、吸附氧量和还原能力，从而提高了氧脱附量。催化剂的还原能力与其粒子的表面形貌有关l以纺锤体状单晶以纺锤体状单晶CuO、片状单晶、片状单晶La2O3和硝酸盐作金属源，和硝酸盐作

8、金属源，采用水热法并焙烧水热处理后所得产物，制备了具有纺锤采用水热法并焙烧水热处理后所得产物，制备了具有纺锤体状、棒状和短链状的类钙钛矿型氧化物体状、棒状和短链状的类钙钛矿型氧化物 La2-xSrxCuO4(x=0,1)单晶纳微米粒子。单晶纳微米粒子。Sr掺杂不仅增加了掺杂不仅增加了催化剂表面催化剂表面Cu3+含量和吸附氧量，而且显著改善了催化剂含量和吸附氧量，而且显著改善了催化剂的还原性能。的还原性能。 本文中制备实验采用了水热法制备，相较传统的高温固相法本文中制备实验采用了水热法制备，相较传统的高温固相法、共沉淀法和柠檬酸络合法，操作可实行性更高，对本人的、共沉淀法和柠檬酸络合法，操作可实行性更高，对本人的实验课题有借鉴意义。实验课题有借鉴意义。 文中研究的表征手段相当完备，充实了本人的知识构架，为文中研究的表征手段相当完备，充实了本人的知识构架，为以后实验在表征方面提供了些许便利。（以后实验在表征方面提供了些许便利