ZrO2-CeO2复合二维材料的制备及其光催化性能研究开题报告

铈是地球上含量较多的稀土元素，其Ce的4f电子结构的化合物具有特殊的光、电、磁性能。其氧化物可以起到氧缓冲器的作用，能储存和释放氧气，可有效提高催化剂的催化活性，但纯氧铈在高温时易烧结，颗粒长大，导致比表面积减小，容易引起催化性能降低或失活。二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度（0.1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，而CeO₂掺杂阳离子Zr⁴ ，Al³ 或Si⁴ 可以明显改善高温条件下CeO₂颗粒的表面积的稳定性，保证其比表面积不会减少，使其具有应用前途的能量转换和污染控制的重要非均相催化剂。

水热法的反应温度在130～250℃之间，其一般不需要高温烧结可直接得到结晶粉末。它是将一定形式的前驱物放置在高压釜水溶液中，在高温、高压条件下进行水热反应，再经分离、洗涤、干燥等后处理方法得到的粉体。模板法是对晶体的形貌和尺寸进行控制的一类重要方法，根据其模板的组成分为硬模板和软模板。硬模板有多孔氧化铝、介孔沸石、蛋白、纳米管、金属模板以及经过特殊处理的高分子薄膜等。软模板常由表面活性剂聚集而成胶团、囊泡等，一般在合成复合氧化物时，使用表面活性剂为模板剂来合成复合物。

Zr⁴ 掺入 CeO₂晶格中（形成固溶体）导致CeO₂（Ce⁴ 对Ce³ ）的氧化还原性显着提高。掺入后不仅提高了CeO₂ 的热稳定性，还防止了所得 CeO_1-xZrO_x固体的烧结，这种锆的掺入还可以改变某些材料的吸附性能，所以用水热法或模板法，以乙酸铈或硝酸铈为铈源，加入不同量的锆源进行复合，制得ZrO₂-CeO₂复合光催化剂，对比催化能力。

2. 研究内容与预期目标

研究内容

由于Zr⁴ 离子半径（０.084nm）较小，Ce⁴ 离子半径（0.097nm）较大，较小离子半径的Zr⁴ 取代较大离子半径的Ce⁴ 极易引起CeO₂ 晶格畸变，这在一方面可以补偿由四价Ce向三价Ce转化引起的体积膨胀，另一方面可形成更多缺陷和更高的晶格应力，从而降低氧离子扩散的活化能，有利于体相氧的迁移和扩散，提高其氧化还原性能。本实验用水热法或模板法分别来制备铈锆氧化物，以及研究其光催化性能。

预期目标

3. 研究方法与步骤

1、以硝酸铈和硝酸锆为无机原料，用水热法或模板法合成氧化铈氧化锆复合纳米材料，研究其复合氧化物的形貌，结构。

2、利用染料的光催化降解反应，研究金属离子原子比不同对复合材料光催化还原性能影响规律。

综合上述两个实验，对最适条件下制备的二维ZrO2-CeO2复合复合材料、表面形貌以及内部结构等进行分析，再探究其光催化性能。

4. 参考文献

[1]吴洪达,陈中繇.介孔铈锆氧化物的制备及表征[J].应用化工,2019,48(08):1882-1886 1896.

[2]Zhang Wen,Niu Xiaoyu,Chen Liqiang,Yuan Fulong,Zhu Yujun. Soot Combustion over Nanostructured Ceria with Different Morphologies.[J]. Scientific reports,2016,6.

[3]闫玉玲,李丽华,张金生,吴限.铈基纳米复合氧化物的研究及其应用进展[J].应用化工,2016,45(11):2125-2129.

5. 工作计划

一、2022.11.11-2022.3.25

阅读文献，完成文献综述和开题报告，外文论文翻译；

二、2022.3.26-2022.5.15