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三维有序大孔钙钛矿金属氧化物作为高效燃烧催化剂的研究进展

2021-06-26李翠翠张婷安静曾见有马海霞

化工进展 2021年6期
关键词:催化剂结构

李翠翠,张婷,安静,曾见有,马海霞

(西北大学化工学院,陕西西安710069)

钙钛矿型金属氧化物是由两种或更多种具有高熔点的简单氧化物组成的化合物,具有ABO3的一般组成,如图1所示,A位通常是碱土金属或稀土金属阳离子,B位通常为过渡金属阳离子,可以被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变[2]。根据Tanaka等[4]在2001年提出的催化剂设计的主要策略,可以为合成高效催化剂提供借鉴:①选择主要决定催化活性的B位元素;②通过选择A位元素进行价态和空位控制,包括部分取代;③构成元素的协同效应,主要是B位过渡元素;④通过形成小颗粒或分散在载体上来增大比表面积;⑤通过添加贵金属及适当的再生,来实现高活性催化剂的制备。纯钙钛矿氧化物的制备或金属氧化物的整合要经过长时间高温煅烧(>800℃),会造成比表面积较小[5],在作为催化剂使用时,只能接触到外表面。多孔结构的引入会增大材料的比表面积,从而提高催化性能。3DOM钙钛矿材料具有易于调控的孔结构,良好的热化学稳定性以及可调节的物理化学性能,在挥发性有机物(VOCS)的催化氧化[6]、甲烷的燃烧[7]、碳烟颗粒的燃烧[8]方面皆取得显著的效果。另外,具有AB2O4(在A=B时,为A3O4)通式的尖晶石金属氧化物,因其稳定的结构、良好的热稳定性以及比较丰富的资源,也成为近年新型功能材料领域研究的热点。

图1 钙钛矿晶体结构

钙钛矿作为多相反应催化剂的应用可以追溯到1953年,Parravano等[9]研究了锰基钙钛矿作为CO氧化的催化剂。……

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