(Luận văn) nghiên cứu tổng hợp nano oxit hỗn hợp trên cơ sở niken và thăm dò khả năng xúc tác oxi hóa co

MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm môi trường vấn đề toàn cầu Các tượng lụt lội, bão tố, nước biển dâng cao dịch bệnh ung thư ngày gia tăng Đó hậu ô nhiễm môi trường người gây Trong ba dạng nhiễm mơi trường: khí, nước đất, dạng nhiễm mơi trường khí có tác động rộng rãi, bao quát trầm trọng Các khí cacbonclorofloro (CFCs), cacbon oxit (CO, CO2), nitơ oxit (NOx), chất hữu bay (VOCs) tác nhân hàng đầu gây ô nhiễm mơi lu trường khí an va Việc giảm thiểu nhiễm mơi trường khí thu hút quan tâm n đặc biệt nhiều nhà khoa học thời gian dài Xúc tác chuyển hóa ba gh tn to hướng có khả xử lý đồng thời CO, VOCs, NOx ví dụ hồn p ie hảo cho việc sử dụng kim loại quý làm chất xúc tác Do giá thành cao w khan kim loại quý, chất xúc tác sở oxit kim loại oa nl chuyển tiếp tập trung nghiên cứu ứng dụng Đó đơn oxit, d oxit hỗn hợp kích thước nanomet lu va an Ngày nay, nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu phát triển u nf nhằm mục đích đạt đặc tính mong muốn sản phẩm Các ll phương pháp hóa học pha lỏng, bao gồm: phương pháp sol - gel, kết tủa, m oi tổng hợp đốt cháy tạo vật liệu xúc tác oxit kích thước nanomet z at nh với diện tích bề mặt riêng lớn Trong số phải kể đến phương pháp tổng z hợp đốt cháy gel PVA Quá trình tổng hợp thực sở phản @ gm ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt hợp phần kim loại hợp phần không kim m co l loại Đặc điểm bật phương pháp tổng hợp đốt cháy PVA phân bố đồng ion kim loại polyme trình phản ứng nhiệt n va nanomet an Lu phân, diễn thời gian ngắn tạo sản phẩm có kích thước ac th si Vật liệu nano khác với vật liệu dạng khối kích thước, mật độ cao góc cạnh bề mặt, chúng đóng vai trò quan trọng kỹ thuật xúc tác - hấp phụ để xử lý môi trường Những nghiên cứu gần cho thấy oxit kim loại chuyển tiếp sắt, đồng, coban, niken thể hoạt tính mạnh phản ứng oxi hóa khí thải Tuy nhiên, công bố mức độ đơn lẻ, chưa đánh giá tổng thể khả xúc tác hợp chất chứa kim loại Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano oxit hỗn hợp sở niken thăm dò khả xúc tác oxi hóa CO” thực khn khổ luận án khoa học lu Điểm luận án tổng hợp dạng oxit chứa niken kích an va thước nanomet: đơn oxit niken (oxit NiO), oxit hỗn hợp kiểu cấu trúc n spinen niken (spinen NiFe2O4), oxit hỗn hợp kiểu cấu trúc perovskit gh tn to niken (perovskit LaNiO3) phương pháp đốt cháy gel polime PVA p ie đánh giá khả xúc tác loại oxit phản ứng oxi hóa w hồn tồn CO Đặc biệt, vật liệu xúc tác perovskit LaNiO3 biến d 250oC) oa nl tính Ce, Co có hoạt tính oxi hóa hồn tồn CO nhiệt độ thấp (< ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan số oxit hỗn hợp chứa niken 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc, tính chất số oxit chứa niken Niken nguyên tố kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm VIIIB bảng hệ thống tuần hoàn Niken tồn nhiều hợp chất biết đến với số oxi hóa từ +2 đến +4 Hợp chất niken ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp như: chế tạo hợp kim, lu công nghệ mạ, chất tạo màu, sản xuất chất xúc tác nhiều hóa chất cơng an n va nghiệp khác [1, 2] tổng hợp ứng dụng sản phẩm oxit chứa niken Dạng oxit phổ biến ie gh tn to Trong ngành tổng hợp vật liệu xúc tác niken, phải kể đến việc p niken hợp chất niken thể số oxi hóa +2, +3 Cấu nl w trúc đại diện cho số oxi hóa đơn oxit niken (oxit NiO), d oa oxit hỗn hợp kiểu cấu trúc spinen niken (spinen NiB2O4) oxit hỗn an lu hợp kiểu cấu trúc perovskit niken (perovskit ANiO3) Trong mục u nf va trình bày đặc điểm cấu trúc tính chất số oxit chứa niken gồm ll có: oxit NiO, spinen NiFe2O4, perovskit LaNiO3 oi m z at nh 1.1.1.1 Cấu trúc tinh thể oxit NiO NiO oxit có cơng thức chung MO, kiểu cấu trúc tinh thể MO phụ z gm @ thuộc vào tỷ số bán kính ion kim loại so với bán kính ion oxi (nếu r M2+/rO2- l nằm khoảng 0,414 đến 0,732 có mạng lưới tinh thể kiểu NaCl, m co rM2+/rO2- nằm 0,225 0,414 có cấu trúc kiểu ZnS) Trong cơng thức an Lu NiO có tỷ lệ bán kính ion rNi2+/ro2- = 0,493 [2, 3] Do vậy, oxit NiO có liên kết ion thuộc cấu trúc mạng tinh thể kiểu lập phương tâm mặt (kiểu NaCl) n va ac th si Ô mạng sở oxit NiO [3] biểu hình 1.1, xem lồng vào hai phân mạng lập phương tâm mặt cation Ni2+ (Ni2+ đỉnh tâm mặt lập phương) phân mạng anion O2- (anion O2- tâm tất cạnh hình lập phương), tịnh tiến với khoảng cách ½ cạnh lập phương Mỗi ô mạng sở gồm phân tử NiO, cation Ni2+ anion O2- liên kết với có số phối trí Thông số đơn vị mạng sở NiO tương ứng a = 4,1769 Å lu an n va p ie gh tn to oa nl w Hình 1.1: Ô mạng sở oxit NiO d Dựa sở [3] cấu trúc tinh thể độ dẫn, xem lu an oxit NiO chất bán dẫn Chất bán dẫn có đặc điểm ngược lại so với chất u nf va dẫn điện kim loại (đối với chất dẫn điện kim loại nhiệt độ tăng độ ll dẫn giảm), nhiệt độ tăng độ dẫn tăng Với đặc điểm này, m oi oxit NiO có khả trở thành vật liệu xúc tác oxi hóa khí thải vùng nhiệt z at nh độ làm việc định Ni2+ + O2 → Ni3+ + O2- z (1.1) @ gm Mặt khác, theo kết nghiên cứu [3 - 5] oxit NiO xếp vào l nhóm chất bán dẫn loại p với thiếu hụt oxi mạng tinh thể, m co oxit NiO hấp phụ oxi theo phương trình (1.1) Quá trình tạo oxi hoạt an Lu động O2-, cơng thức oxit NiO có dạng Ni1-xO Hiện tượng xảy bề mặt vật liệu oxit, người ta chứng minh hoạt tính xúc n va ac th si tác oxit NiO tăng diện tích bề mặt vật liệu oxit tăng xúc tác có khả hoạt động vùng nhiệt độ thấp [6] Kết ghi tín hiệu XRD máy XRD-D8 (JCP2.2CA:00-004-093) công bố [7 - 9], cho thấy trình tổng hợp pha tinh thể NiO hình thành kết tinh tinh thể với đặc trưng mạng lưới lập phương 1.1.1.2 Cấu trúc tinh thể spinen NiFe2O4 Các oxit hỗn hợp spinen [3, 10] có cơng thức tổng qt AB2O4 hợp chất hai oxit kim loại có số oxi hóa (AO) oxit kim loại có số oxi hóa (B2O3) Trong mạng lưới spinen lý tưởng, đơn vị mạng sở tạo lu an ion oxi lập phương mặt-tâm (hình 1.2) Mỗi đơn vị mạng có phân va n tử AB2O4 gồm khối lập phương nhỏ ghép lại với nhau, có 24 32 anion O2- nằm tất đỉnh hình lập phương nhỏ p ie gh tn to cation (8 cation A2+ 16 cation B3+) vị trí tâm mặt lập phương nhỏ, d oa nl w ll u nf va an lu m (b) Ô mạng sở spinen oi (a) Hốc tứ diện, bát diện z at nh Hình 1.2: Ơ mạng sở spinen chứa niken z @ gm Có thể tính lập phương lớn gồm 32 hốc bát diện (hốc O, hốc O l nằm 24 cạnh lập phương nhỏ, 24 cạnh mặt, cạnh nằm trong, m co tâm lập phương nhỏ, vy s cú 24 x ẳ + 24 x ẵ + x + x = 32 an Lu hốc O) (hình 1.2 b) 64 hốc tứ diện (hốc T, lập phương nhỏ có hốc tứ diện có x = 64 hốc T) (hình 1.2 a) Như vậy, đơn vị tinh n va ac th si thể spinen có 64 + 32 = 96 hốc T hốc O, số cation có + 16 = 24 cation, nghĩa 1/4 số hốc chứa cation, 3/4 hốc để trống Hợp chất spinen với công thức AB2O4 cation A2+ nằm hốc trống T, 16 cation B3+ nằm vào hốc O gọi mạng lưới spinen thuận, ký hiệu A[BB]O4; cation A2+ nằm hốc trống O, 16 cation B3+ phân làm hai: cation nằm vào hốc T, cation nằm vào hốc O gọi spinen nghịch đảo, ký hiệu B[A.B]O4 Nếu 24 cation A B phân bố cách thống kê (ngẫu nhiên) vào hốc T hốc O gọi [ spinen trung gian: ] với < x 0,50 tương ứng với dung dịch rắn hệ LaCoO3 101 ac th si Kết đo diện tích bề mặt hệ perovskit LaNi1-xCoxO3 bảng 3.8, kết cho thấy diện tích bề mặt mẫu gần khơng có thay đổi lớn mẫu có xu hướng giảm dần diện tích bề mặt tăng kích thước tinh thể trung bình tăng dần hàm lượng Co thay cho Ni perovskit Kết luận: Từ kết biến tính perovskit LaNiO3 thu số nhận xét sau: (i) Bằng phương pháp tổng hợp đốt cháy gel PVA thu hệ lu an vật liệu oxit: Ce1-xNixOy, perovskit La1-xCexNiO3 perovskit LaNi1-xCoxO3 n va có kích thước nanomet với diện tích bề mặt riêng cao xâm nhập Ce(III) thay La(III) cấu trúc, hàm lượng thay giới ie gh tn to (ii) Đã xác định đặc trưng vật liệu: Đối với hệ La 1-xCexNiO3 có p hạn ≤ %, với hệ Ce1-xNixOy oxit hỗn hợp CeO2-NiO có tượng nl w tạo thành phần dung dịch rắn Ce1-xNixO2; hệ LaNi1-xCoxO3 có an lu cho Ni d oa khả tạo thành dung dịch rắn hoàn toàn hàm lượng Co thay u nf va 3.3 Xúc tác oxi hóa CO oxit hỗn hợp chứa niken Đánh giá khả xúc tác oxi hóa CO số oxit hỗn hợp chứa ll oi m niken khảo sát ảnh hưởng nguyên tố thay đến hoạt tính vật z at nh liệu xúc tác có hoạt tính đề cập Sau trình bày thảo luận chi tiết kết hoạt tính xúc tác oxi hóa CO vật liệu tổng hợp z gm @ 3.3.1 Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO số oxit hỗn hợp chứa niken m co l Kết chuyển hóa CO theo nhiệt độ oxit NiO, spinen NiFe2O4, perovskit LaNiO3 hình 3.45 an Lu Kết hình 3.45 cho thấy, tất mẫu vật liệu có hoạt n va tính xúc tác oxi hóa CO tốt, đạt độ chuyển hóa hồn tồn CO 310 oC 102 ac th si Các vật liệu xúc tác perovskit LaNiO3, oxit NiO, spinen NiFe2O4 đạt độ chuyển hóa 100% CO nhiệt độ thấp (≤ 310oC) oxit chứa niken chất bán dẫn có khả trao đổi oxi bề mặt cao Mặt khác theo bảng 3.4, mẫu vật liệu oxit chứa niken có kích thước nanomet (15 nm - 25 nm) với diện tích bề mặt lớn (23 m2/g - 40 m2/g) Trên hình 3.45 nhận thấy mẫu vật liệu xúc tác perovskit LaNiO3 có hoạt tính mạnh nhất, sau vật liệu xúc tác oxit NiO cuối vật liệu xúc tác spinen NiFe2O4 Để thấy rõ khác hoạt tính vật liệu xúc tác, nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO với lu giá trị T10, T50, T100 bảng 3.9 Kết bảng 3.9 cho an va thấy, vật liệu xúc tác perovskit LaNiO3 đạt độ chuyển hóa hồn tồn CO n nhiệt độ thấp tương ứng 270oC, vật liệu xúc tác oxit NiO vật gh tn to liệu xúc tác spinen NiFe2O4 đạt độ chuyển hóa hồn tồn CO tương ứng p ie 290oC, 310oC d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 3.45: Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO oxit hỗn hợp chứa niken n va 103 ac th si Như thấy mẫu vật liệu perovskit LaNiO có diện tích bề mặt thấp nhất, nhiên mẫu thể hoạt tính xúc tác tốt phản ứng chuyển hóa CO Hoạt tính tốt perovskit LaNiO3 có liên quan đến hấp phụ oxi CO bề mặt xúc tác tương tác CO O2 hoạt hóa perovskit LaNiO3 để hình thành CO2 ưu tiên theo chế liên hợp nên phản ứng xảy nhiệt độ thấp Mặt khác, vật liệu xúc tác perovskit LaNiO3 đạt độ chuyển hóa tương đối cao đặc tính perovskit LaNiO3 khơng có khả hấp phụ hóa học oxi tốt bề mặt (do vật liệu có diện tích bề mặt lu riêng lớn), mà cịn có xu hướng giải phóng oxi mạng [92] (vật liệu có xu an va hướng biến đổi dạng cấu trúc LanNinO3n-1 cung cấp oxi tương tác với n CO) Oxi giải phóng oxi hóa CO bề mặt vật liệu xúc tác p ie gh tn to Bảng 3.9: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO oxit hỗn hợp chứa niken Nhiệt độ xúc tác (oC) Vật liệu xúc tác nl w d oa Perovskit LaNiO3 an lu Oxit NiO T50 T100 164 205 270 170 220 290 180 230 310 u nf va Spinen NiFe2O4 T10 ll Các kết vùng nhiệt độ làm việc oxi hóa CO xúc tác perovskit m oi LaNiO3 hình 3.45 phù hợp với cơng bố [99] Đó là, tiến hành đo z at nh TPR-H2 xác định thành phần sản phẩm phản ứng xúc tác z perovskit LaNiO3: điều kiện khử perovskit LaNiO3 diễn theo @ gm bước, bước tương ứng với khoảng nhiệt độ xác định l Kết nghiên cứu hoạt tính xúc tác oxit NiO TPR-H2 cho m co thấy, vùng nhiệt độ hoạt động cao vùng nhiệt độ hoạt động an Lu perovskit LaNiO3, vùng nhiệt độ tương ứng với khử Ni(II) Ni n va kim loại [51] Mặt khác, theo tài liệu [6], oxit NiO tổng hợp 104 ac th si nhiều phương pháp khác nhau, kết đo TPD-O2 oxit NiO cho thấy, đường TPD-O2 đỉnh giải hấp phụ O2 rõ rệt diện tích bề mặt oxit NiO tăng Điều giải thích hoạt tính oxi hóa vật liệu oxit NiO phụ thuộc nhiều vào O2 hấp phụ hóa học bề mặt Vật liệu spinen NiFe2O4 có độ bền cấu trúc lớn, khó phân ly oxi mạng Hoạt tính oxi hóa CO vật liệu xúc tác spinen NiFe 2O4 thể hình 3.45 phần lớn oxi giải hấp phụ từ trình hấp phụ hóa học, nên độ chuyển hóa CO giảm xuống với thời gian phản ứng, nhiệt độ làm việc cao [100] lu an Vì vậy, oxit hỗn hợp tổng hợp, perovskit LaNiO3 chọn n va làm chất xúc tác cho phản ứng oxi hóa CO Để tăng cường hoạt tính vật cách thay phần nguyên tố vị trí A B cấu trúc với mục ie gh tn to liệu xúc tác này, vật liệu perovskit LaNiO3 biến tính cấu trúc p đích: nl w + Thay ion có mức oxi hóa khác A(III) làm biến đổi cấu d oa trúc điện tử vật liệu, tạo lỗ trống oxi tăng tính linh động ion an lu oxi Lỗ trống oxi đóng vai trị tâm hấp phụ oxi làm cho vật liệu trở u nf va nên không tỷ lượng Việc thay La(III) perovskit ion mức oxi ll hóa cao Ce(IV) làm xuất Ni(II) Ni(III) cấu trúc oi m perovskit z at nh + Thông thường cation vị trí A định tính bền vật liệu, z cation vị trí B lại định trực tiếp đến tương tác chất phản ứng với @ gm oxi mạng Khi thay vị trí B hiệu ứng hiệp đồng nguyên tố vị trí m co l tăng cường Thay vị trí B thường khó vị trí A cation vị trí B có điện tích lớn kích thước nhỏ, Co(III) lựa chọn n va họ sắt có kích thước gần an Lu thích hợp để thay Ni(III) cấu trúc perovskit, Co(III), Ni(III) 105 ac th si Kết biến tính perovskit LaNiO3 thảo luận chi tiết phần 3.2 Trong phần 3.3 hoạt tính xúc tác oxi hóa CO vật liệu biến tính khảo sát 3.3.2 Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO perovskit La1-xCexNiO3 Kết đo hoạt tính xúc tác oxi hóa mẫu vật liệu perovskit La1-xCexNiO3 với x = 0,03; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30 hình 3.46 bảng 3.10 trình bày kết xác định nhiệt độ xúc tác (T 10, T50, T100) chuyển hóa CO perovskit La1-xCexNiO3 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Hình 3.46: Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO perovskit La1-xCexNiO3 z Kết từ bảng 3.10 hình 3.46 cho thấy, hoạt tính xúc tác oxi hóa @ gm CO mẫu perovskit La1-xCexNiO3 với hệ số thay x ≤ 0,10 có hoạt hệ số thay x > 0,10 m co l tính cao perovskit LaNiO3 chưa biến tính, hoạt tính oxi hóa CO giảm an Lu Trong mẫu perovskit thay thế, với thay % La Ce n va (trong hệ La0,95Ce0,05NiO3) cho hoạt tính oxi hóa CO cao với nhiệt độ 106 ac th si chuyển hóa T10, T50, T100 tương ứng 125oC, 190oC 255oC Theo kết xác định số đặc trưng perovskit La1-xCexNiO3 bảng 3.5 cho thấy kích thước tinh thể trung bình diện tích bề mặt riêng mẫu La0,97Ce0,03NiO3, La0,95Ce0,05NiO3 La0,90Ce0,10NiO3 không chênh lệch lớn để ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác mẫu Tuy nhiên, xét đến hình thành pha tinh thể nhận thấy mẫu La 0,95Ce0,05NiO3 pha tinh thể perovskit, có xuất pha tinh thể NiO hình thành dạng phân tán cao bề mặt perovskit làm tăng hoạt tính mẫu La0,95Ce0,05NiO3 Khi tăng hàm lượng Ce thay thế, pha lu an oxit xeri xuất làm giảm hoạt tính xúc tác mẫu n va Mặt khác, theo tài liệu [53] oxit CeO2 chất oxi hố có dung lượng thể hấp phụ trực tiếp vị trí Ce bề mặt kim loại -Ce Chính ie gh tn to lưu giữ oxi cao nhiều phản ứng Đặc biệt xúc tác perovskit, oxi có p vậy, La-Ce-Ni-O không bền bị khử phần Ni3+ thành Nio Ni1+, nl w mà cịn hấp phụ, hoạt hóa oxi mạnh Xúc tác perovskit La 0,95Ce0,05NiO3 d oa hoạt động xâm nhập Ce mang lại phân tán tốt phần tử an lu Ni Kết XPS cho thấy Ce tồn dạng Ce(III) tăng cường khả u nf va thay vị trí La(III) cấu trúc perovskit ll Bảng 3.10: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO perovskit La1-xCexNiO3 oi m Vật liệu xúc tác Nhiệt độ xúc tác (oC) z at nh T50 T100 Perovskit La0,97Ce0,03NiO3 130 193 260 Perovskit La0,95Ce0,05NiO3 125 Perovskit La0,90Ce0,10NiO3 z T10 140 200 265 Perovskit La0,80Ce0,20NiO3 160 206 275 Perovskit La0,70Ce0,30NiO3 170 210 m co 255 l gm @ 190 an Lu 285 n va 107 ac th si Ngoài ra, theo tác giả tài liệu [51] nghiên cứu trình khử hidro theo chương trình nhiệt độ (TPR-H2) mẫu thay x = 0,0; 0,05, 0,10 đỉnh khử đường TPR có xu hướng chuyển dịch phía nhiệt độ thấp giải thích tính bền perovskit Mặt khác, theo công bố [90], tiến hành trình giải hấp phụ oxi theo chương trình nhiệt độ (TPD-O2), thấy xuất đỉnh giải hấp phụ O2 chuyển dịch phía nhiệt độ thấp tăng hàm lượng thay Ce cho La từ % đến % Kết cho thấy, với hàm lượng thay định La Ce làm cho vật liệu La1-xCexNiO3 có khả lu giải hấp phụ oxi vùng nhiệt độ thấp an n va Các mẫu với hàm lượng thay x ≥ 0,20, theo kết bảng kết xác định hoạt tính xúc tác chuyển hóa CO giảm dần so với hoạt tính gh tn to 3.5 cho thấy, diện tích bề mặt riêng mẫu thay tăng lên Tuy nhiên, p ie perovskit LaNiO3 chưa biến tính Các kết giải thích do nl w hình thành tách với hàm lượng lớn pha tinh thể oxit xeri oa oxit NiO Tương tự giải thích Srini cộng [101] cho hệ d xúc tác NiO-CeO2-ZrO2, hàm lượng thấp Ce xâm nhập Ni2+ vào an lu va mạng CeO2-ZrO2 mà Ni2+ bị khử thành Ni1+ (Ce3+ + Ni2+ → ll u nf Ce4+ + Ni1+) phần Ni1+ phản ứng với oxi tạo thành Ni2+(O2), (Ni1+ + oi m O2 → Ni2+(O2)) làm tăng oxi linh động, tăng hiệu ứng xúc tác Tuy nhiên z at nh thay Ce vượt 0,10% (như hệ La0,80Ce0.20NiO3), phần tương tác Ce Ni giảm đột ngột tạo thành pha riêng rẽ CeO z gm @ NiO tương tác chúng bị yếu l 3.3.3 Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy m co Kết đo hoạt tính xúc tác oxi hóa CO mẫu oxit hỗn hợp Ce 1được thể hình 3.47 nhiệt độ xúc tác (T 10, T50, T100) chuyển hóa CO vật liệu đưa bảng 3.11 an Lu xNixOy n va 108 ac th si Kết cho thấy, tất mẫu xúc tác oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy cho hoạt tính xúc tác mạnh, cao oxit NiO CeO2 riêng rẽ Mẫu có hoạt tính xúc tác lớn với nhiệt độ xúc tác T10, T50, T100 tương ứng 140oC, 198oC, 265oC oxit hỗn hợp Ce0,25Ni0,75Oy Đối với hàm lượng khác niken oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy hoạt tính mẫu giảm Khi hàm lượng Ni tăng (tỷ lệ mol Ni/Ce >3) mẫu có khả trao đổi oxi bề mặt hoạt tính mẫu có xu hướng giảm hoạt tính mẫu oxit NiO Ngược lại, hàm lượng Ce cao mẫu có khả trao đổi khuếch tán với oxy khối xúc tác (tính chất trao đổi oxi CeO2) [51] lu an Với tỷ lệ pha tạp phù hợp, ứng với mẫu xúc tác oxit hỗn hợp Ce 0,25Ni0,75Oy, n va vật liệu khơng có khả trao đổi oxi bề mặt oxit NiO siêu phân phần dung dịch rắn Ce1-xNixOy hình thành dạng oxit CeO2 tự p ie gh tn to tán mà hỗ trợ nguồn oxy khuếch tán tâm xúc tác d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 3.47: Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy n va 109 ac th si Độ chuyển hóa CO xúc tác oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy công bố tài liệu [102] Các tác giả chứng minh thực nghiệm đường TPR-H2, xuất đỉnh phổ tiêu thụ H2 nhiệt độ xấp xỉ 200oC mẫu oxit hỗn hợp Ce0,50Ni0,50Oy, Ce0,33Ni0,66Oy Ce0,25Ni0,75 mà tỷ lệ khác không xuất đỉnh tiêu thụ Như pha tạp Ce oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy tỷ lệ mol Ce/Ni =1/3 mẫu oxit hỗn hợp Ce0,25Ni0,75Oy làm tăng cực đại độ chuyển hóa CO tồn oxit NiO kích thước siêu nhỏ dung dịch rắn Ce1-xNixO2 phần CeO2 tự [98] lu an Bảng 3.11: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy va Nhiệt độ xúc tác (oC) n Vật liệu xúc tác T100 Oxit hỗn hợp Ce0,50Ni0,50Oy 150 200 275 140 198 265 160 212 280 165 218 285 190 260 - 170 220 290 ie gh tn T50 p to T10 w Oxit hỗn hợp Ce0,25Ni0,75Oy oa nl Oxit hỗn hợp Ce0,14Ni0,86Oy d Oxit hỗn hợp Ce0,10Ni0,90Oy lu ll u nf Oxit NiO va an Oxit CeO2 oi m 3.3.4 Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO perovskit LaNi1-xCoxO3 z at nh Kết xác định hoạt tính xúc tác oxi hóa CO theo nhiệt độ hệ z perovskit LaNi1-xCoxO3 đưa hình 3.48 nhiệt độ xúc tác T10, gm @ T50, T100 đưa bảng 3.12 m co l Kết hình 3.48 bảng 3.12 cho thấy, tất mẫu xúc tác đạt độ chuyển hóa hồn tồn CO nhiệt độ 285 oC Các mẫu dạng n va perovskit gốc (perovskit LaNiO3, perovskit LaCoO3) an Lu thay LaNi1-xCoxO3 có hoạt tính xúc tác oxi hóa CO cao 110 ac th si Khi tăng dần hàm lượng Co (từ % mẫu LaNiO3 chưa biến tính) thay Ni hoạt tính mẫu tăng dần Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO perovskit LaNi0,90Co0,10O3 tốt mẫu khảo sát với nhiệt độ xúc tác T10, T50, T100 độ chuyển hóa CO đạt tương ứng 139oC, 174oC, 230oC Hoạt tính xúc tác giảm dần theo thứ tự tăng hàm lượng Ni (x ≥ 0,10) thay thế: LaNi0,10Co0,90O3 > LaNi0,80Co0,20O3 > LaNi0,50Co0,50O3 > LaCoO3 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu m oi Hình 3.48: Hoạt tính xúc tác oxi hóa CO perovskit LaNi1-xCoxO3 z at nh Như thấy rằng, việc thay phần Ni perovskit z LaNiO3 Co làm tăng hoạt tính xúc tác mẫu Theo kết @ gm nghiên cứu đặc trưng perovskit LaNi1-xCoxO3 cho thấy, hàm lượng m co l thay x ≤ 0,50 tạo thành dung dịch rắn hệ LaNiO3 làm tăng cường hoạt tính mẫu diện tích bề mặt riêng giảm dần mẫu thay an Lu Khi x > 0,50 tạo thành dung dịch rắn hệ LaCoO3 làm giảm diện tích bề mặt riêng mẫu điều dẫn tới hoạt tính mẫu giảm n va 111 ac th si Mặt khác, theo kết công bố tài liệu [9] tiến hành khử TPR-H2 theo chương trình nhiệt độ LaNi1-xCoxO3 cho thấy mẫu thay có đỉnh khử chuyển dịch sang phía nhiệt độ thấp Bảng 3.12: Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO perovskit LaNi1-xCoxO3 Nhiệt độ xúc tác (oC) Vật liệu xúc tác lu an T50 T100 Perovskit LaNi0,95Co0,05O3 145 191 250 Perovskit LaNi0,90Co0,10O3 139 174 230 Perovskit LaNi0,80Co0,20O3 149 192 260 Perovskit LaNi0,50Co0,50O3 148 194 265 Perovskit LaCoO3 180 210 285 n va T10 to gh tn Kết luận: p ie Kết xác định hoạt tính xúc tác oxi hóa CO oxit hỗn hợp chứa w niken cho thấy: oa nl (i) Các vật liệu xúc tác oxit NiO, spinen NiFe2O4, perovskit LaNiO3 d có hoạt tính oxi hóa CO tốt, vật liệu oxit hỗn hợp perovskit lu va an LaNiO3 có hoạt tính tốt đạt độ chuyển hóa 100% CO nhiệt độ 270 oC u nf (ii) Khi biến tính perovskit LaNiO3 theo cách thay La Ce ll hệ La1-xCexNiO3, hoạt tính hệ xúc tác tăng cường Độ m oi chuyển hóa CO đạt 100% nhiệt độ 255oC vật liệu xúc tác perovskit z at nh La0,95Ce0,05NiO3 với hàm lượng thay 5% La Ce Khi thay hoàn z toàn La Ce hệ oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy, độ chuyển hóa CO @ gm hệ oxit hỗn hợp Ce0,25Ni0,75Oy đạt 100% 265oC m co l (iii) Khi biến tính perovskit LaNiO3 theo cách thay Ni Co hệ perovskit LaNi1-xCoxO3, hoạt tính hệ xúc tác tăng mạnh n va Ni Co hệ perovskit LaNi0,90Co0,10O3 an Lu Độ chuyển hóa đạt 100% CO nhiệt độ 230oC với hàm lượng thay 10% 112 ac th si KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công đơn pha tinh thể oxit NiO, spinen NiFe2O4, perovskit LaNiO3 phương pháp đốt cháy gel PVA: + Điều kiện tổng hợp tối ưu: pH = 4, nhiệt độ tạo gel = 80 oC (đối với spinen NiFe2O4 60oC), tỷ lệ mol KL/PVA = 1/3, nung 600oC (đối với spinen NiFe2O4 500oC) + Đặc trưng vật liệu tổng hợp điều kiện tối ưu: Các oxit thu lu an có diện tích bề mặt riêng lớn khoảng 23 m2/g - 40 m2/g va n kích thước tinh thể trung bình 14 nm - 25 nm to gh tn Trên sở phương pháp đốt cháy gel PVA biến tính perovskit p ie LaNiO3 cách thay phần La Ce Ni Co thu w hệ oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy, La1-xCexNiO3, LaNi1-xCoxO3 với đặc trưng d oa nl cho hệ biến tính sau: an lu + La cấu trúc perovskit LaNiO3 bị thay phần Ce u nf va với giới hạn hàm lượng % thu hệ perovskit La0,95Ce0,05NiO3 ll + Ni cấu trúc perovskit LaNiO3 bị thay không giới hạn m oi hàm lượng Co cấu trúc thu hệ perovskit LaNi1-xCoxO3 z at nh + Ni oxit NiO có khả tạo dung dịch rắn phần với z CeO2 dạng Ce1-xNixO2 hệ oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy gm @ l Các oxit NiO, spinen NiFe2O4, perovskit LaNiO3 có hoạt tính m co oxi hóa CO nhiệt độ thấp, nhiệt độ xúc tác chuyển hóa hồn CO tương an Lu ứng 270oC, 290oC 310oC Khi biến tính perovskit LaNiO3 Ce n va hệ La1-xCexNiO3, hoạt tính xúc tác tăng, cực đại hệ La0,95Ce0,05NiO3 với 113 ac th si nhiệt độ xúc tác chuyển hóa hồn toàn CO đạt 255oC Khi thay hoàn toàn La Ce hệ oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy, hoạt tính xúc tác tăng, cực đại mẫu Ce0,25Ni0,75Oy với nhiệt độ xúc tác chuyển hóa hồn tồn CO đạt 265oC Khi biến tính perovskit LaNiO3 Co hệ LaNi1-xCoxO3, hoạt tính hệ xúc tác tăng, cực đại hệ LaNi0,90Co0,10O3) với nhiệt độ xúc tác chuyển hóa hoàn toàn CO đạt 230oC lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 114 ac th si