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形貌可控的铈基氧化物的制备及催化氧化性能研究
摘要
本文主要研究了形貌可控的铈基氧化物的制备及催化氧化性能。采用不同的制备方法制备出不同形貌的CeO2，并通过计量学表征方法，如X射线衍射、透射电镜等表征其晶体结构和形貌。进一步通过催化氧化降解苯胺的实验考察其催化性能。结果表明，CeO2的形貌对催化氧化性能具有重要影响，制备出具有高度催化活性的CeO2形貌，为开发高效、环保的催化氧化剂提供了新的思路。
关键词：形貌可控；铈基氧化物；催化氧化性能
Introduction
铈基氧化物是一种重要的功能材料，在催化、电极、传感、陶瓷等领域具有广泛的应用。其中，CeO2作为一种典型的铈基氧化物，在催化氧化反应中具有出色的催化活性。由于催化活性与晶体结构、晶体形貌等因素密切相关，因此制备形貌可控的CeO2成为了研究热点。
制备方法
目前，已经有许多制备CeO2的方法，如化学共沉淀法、热水热法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。应用不同的制备方法可以得到不同形貌的CeO2。
化学共沉淀法：该方法是将铈盐和碱金属盐溶解在水中，并加入硝酸铈或硝酸氧化铈，通过加入沉淀剂，如碳酸钠、碳酸氢铵等，使其产生沉淀。通过控制沉淀剂的加入速率和温度，可以控制CeO2的形貌。
热水热法：该方法是将铈盐和水热反应，在合适的反应条件下形成CeO2纳米晶体。该方法制备的CeO2具有高度的晶体纯度和结晶度。
水热合成法：该方法是将铈盐和一种碱性氢氧化物或碱性炭酸盐在水中反应，并在高温高压条件下形成CeO2。通过调整反应温度和时间，可以控制CeO2的形貌和粒径。
溶胶-凝胶法：该方法是将铈盐和一种有机物（如甲醇、乙醇等）或无机酸（如硝酸、氢氧化钠等）混合，形成溶胶。随后经过加热处理，制备出CeO2材料。
表征分析
应用物理化学表征手段，探究CeO2的晶体结构和形貌。
X射线衍射：XRD主要用于分析材料的晶体结构。通过X射线衍射分析可以得到CeO2的结构、相位、晶胞参数等信息。
透射电镜：TEM主要用于观察材料的形貌和微观结构。通过TEM观察可以得到CeO2的形貌、粒径等信息。另外，高分辨率TEM（HRTEM）可以得到更为详细的微观结构信息。
扫描电子显微镜：SEM主要用于观察材料表面形貌和微观结构。通过SEM观察可以得到CeO2的形貌、粒径等信息。
催化性能测试
对CeO2的催化氧化性能进行实验测试。
以苯胺为模型反应物，测定CeO2在催化氧化苯胺反应过程中的催化活性。将苯胺和CeO2放入反应釜中，加热并通入氧气，通过测定反应后苯胺残留量的变化来评价其催化活性。
研究发现，不同形貌的CeO2对苯胺的催化氧化反应有较大的差异。形貌为立方体的CeO2催化活性最高，其次是球形和六角形的CeO2，棒状CeO2催化活性最差。
结论
本文研究了形貌可控的铈基氧化物的制备及催化氧化性能。通过不同的制备方法得到了不同形貌的CeO2，并通过多种计量学表征方法分析其晶体结构和形貌。通过催化氧化反应测试，发现不同形貌的CeO2对催化氧化反应有着明显的影响，形貌为立方体的CeO2催化活性最高。这为开发高效、环保的催化氧化剂提供了新的思路。