探析过渡金属掺杂cz以拓宽三效催化剂空燃比窗口的研究

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1、天津大学硕士学位论文过渡金属掺杂CZ以拓宽三效催化剂空燃比窗口的研究ResearchofTransitionalMetaldopedCZtoAmplifytheAir-to-FuelWindowofTWC学科专业：化学工艺研究生：赵建辉指导教师：沈美庆教授天津大学化工学院二零零八年六月中文摘要在实际路况中，供给发动机的空燃比总是在一定范围内波动，造成三效催化剂催化效果降低。本文针对空燃比变化，考察了过渡金属掺杂的铈锆固溶体在拓宽三效催化剂空燃比窗口中的应用，为开发具有宽空燃比窗口的三效催化剂提供了理论支持。采用柠檬酸溶胶一凝胶法制备了掺杂量为5％、8％和10％(摩尔比)三个系列的P

2、d／M．Ceo．67Zro3302．A1203(M=Mn、Fe和Cu)复合氧化物，对其动态储放氧活性和空燃比窗口性能进行了测试。并利用XRD，BET等表征手段对催化剂的晶体结构，比表面积等特征进行研究。通过XRD检测发现，掺杂后过渡金属取代铈离子进入了铈锆固溶体晶格中。1050℃水热老化以后，锰和铁掺杂样品稳定性较好，但铜掺杂样品铈锆固溶体发生分相，且有氧化铜特征峰出现。通过OSC测试可以发现，由于过渡金属掺杂的半径效应、电价平衡效应以及自身的氧化还原性能，与未掺杂样品相比掺杂后新鲜样品OSC值有较大的提高，但老化后都出现不同程度的降低，尤其是铜掺杂样品下降明显。过渡金属Fe和Cu

3、掺杂提高了三效催化剂在贫氧条件下的水煤气反应活性，Fe和Mn的掺杂则提高了富氧条件下NO。的还原和CO的氧化效率。对于过渡金属掺杂的新鲜样品，Mn和Fe掺杂后空燃比窗口拓宽效果较好，但Cu掺杂后空燃比窗口没有明显的拓宽；水热老化后，过渡金属改性样品空燃比窗口都有不同程度的变窄，其中Cu掺杂样品和掺杂量为10％的Mn和Fe改性样品空燃比窗口消失，说明铜掺杂和过量Mn和Fe掺杂样品的老化性能不佳。综上所述，在改性样品中，5％Mn和8％Fe掺杂对三效催化剂空燃比窗口的改性效果最佳。关键词：三效催化剂空燃比窗口过渡金属掺杂动态储放氧能力ABSTRACTCatalyticactivityof

4、three-waycatalysts(TWC)suffersdepressionduetothefrequentoscillationofAir／Fuel(A／F)ratiointherealpracticeofgasolineengine．ThepresentthesisinvestigatedtheeffectoftransitionalmetaldopedCe0．67Zr0．3302inmodifyingtheA／FwindowofTWC，providingabasicunderstandingforthedevelopmentofTWCswithbroadA／Fwindow

5、s．NoblemetalloadedmixedoxidesPd／M．Ce0．67Zr0．3302一A1203(M=Mn，FeandCu)withthedopingmoleratioof5％．8％and10％waspreparedbyacriticacidsol—gelmethod．Dynamicoxygenstoragecapacity(DOSC)andTWCtestwithdifferentA／FratiowereperformedtoevaluatetheA／Fwindowbroadeningcapabilityofthecatalysts．Characterizationsi

6、ncludingBETandXRDwerealsoconductedfortextureanalysis．XRDresultsrevealedthatthedopantshadsubstitutedthelocationsoriginallybelongtoCeionsinCe0．67Zr0．3302lattice．MnandFedopedsamplesmaintainedhomogeneityphasesafterhydrothermalageingat1050。Cfor10h，whileinferiorthermalstabilityforCudopedsamplehasbee

7、nindicatedbythephaseseparationamongCe02，Z内2andCuO．MnandFedopedsamplesperformedadvancedDOSCactivitiesinbothfreshandagedstates，whichwascontributedbytheradiuseffects，electronicinteractionsandtheredoxpropertiesofthedopants．However,DOSCforCu