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随着社会经济的发展和人们对汽车需求量的不断扩大，汽车尾气排放对环境造成的污染愈发严重，寻找价廉、高效的汽车尾气处理催化剂成为当前一项迫切的任务。近年来，具有独特性质的纳米材料在催化领域得到广泛研究，并呈现出广阔的应用前景。在CO氧化反应催化剂中，Cu-Ce-O纳米催化剂有价廉、催化活性高、选择性和稳定性好的优势，有望成为贵金属催化剂的替代催化剂体系。
本研究分别采用溶胶-凝胶法、热解法、溶剂热法等方法制备出CeO2纳米粉体，以这些CeO2粉体和商品CeO2粉体为载体，采用浸渍法和H2还原法制备出CuO/CeO2和Cu/CeO2粉体催化剂，并利用溶胶-凝胶提拉法制备了CuO/CeO2模型催化剂；运用TG-DTA、UV-Vis、FT-IR、FT-Raman、XRD、SEM、HRTEM、STM、BET、TPR、XPS等手段对制备的样品进行了表征，利用微反-色谱装置评价了其催化CO氧化性能；研究了CeO2纳米粉体的生成机理和Cu-Ce-O催化剂中铜物种与CeO2之间的相互作用；系统地探讨了铜物种负载量、催化剂焙烧温度和焙烧时间对Cu-Ce-O催化剂催化活性的影响，并做了相关的寿命实验。主要研究分述如下：
一.商品CeO2为载体Cu-Ce-O催化体系商品CeO2粉体呈现无规整形貌、结晶度较低、粒度大(70.2nm)、比表面积小(4.1m2g-1)，Cu物种在其表面上的分散性差；铜负载量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的催化性能影响不大，且催化活性均较低；Cu-Ce-O催化剂易失活(在线反应10h催化活性降低)。
二.溶胶-凝胶法制备CeO2为载体Cu-Ce-O催化体系以Ce(NO3)3·6H2O为前驱物，柠檬酸为添加剂，利用溶胶-凝胶法制备的CeO2纳米粉体为规整球型，结晶度较高，平均粒度9.8nm，比表面积68.5m2g-1；CuO在CeO2载体上分散度较高，当CuO负载量达到10.08wt.％时，XRD谱图中才出现CuO特征衍射峰；H2-TPR分析证实了CuO/CeO2催化剂中CuO与CeO2载体之间存在着强烈的相互作用，且CuO为分步还原过程；XPS分析表明CuO/CeO2催化剂中Ce主要为+4价，样品表面Cu/Ce摩尔比率约是整体催化剂的3倍；焙烧温度和焙烧时间对催化剂的催化性能有一定影响，1.26wt.％CuO/CeO2催化剂中，500℃焙烧5h获得的样品催化活性最高；明显地表现出仅需要一定负载量的铜物种来形成具有高催化活性Cu-Ce-O催化剂结构的内在关系，过多的CuO或者Cu反而降低其活性；制备的CuO/CeO2和Cu/CeO2催化剂催化活性寿命较长。
三.热解法制备CeO2为载体Cu-Ce-O催化体系热解温度可以控制以Ce(NO3)3·6H2O为前驱物制备的CeO2粉体的物性(粒度大小及粒度分布、形貌等)：随着热解温度的升高，粒度逐渐增大，结晶度逐渐升高，400℃和500℃热解得到的CeO2粉体主要由球型微粒组成，随着热解温度的升高，球型粒子所占比率逐渐减小，形貌变得不规整，且粒度分布变宽；催化剂焙烧温度和CeO2载体粒度及形貌是影响铜物种在CeO2上分散度的重要因素，另外，与单纯CeO2粉体相比，CuO/CeO2催化剂的晶格常数和单元晶胞体积变小，证明部分CuO进入了CeO2晶格；当焙烧温度较低时(≤600℃)，其对Cu-Ce-O催化剂的催化活性影响较小，而高温焙烧则明显降低其活性。
四.溶剂热法制备CeO2为载体Cu-Ce-O催化体系以Ce(NO3)3·6H2O为前驱物，甲醇为溶剂，利用溶剂热法制备出CeO2纳米粉体，考察了醇热温度、醇热时间及强碱添加剂对CeO2粉体形貌、粒度、分散性的影响，并讨论了其生成机理；以乙醇为溶剂，利用溶剂热法制备了一种CeO2纳米粉体；随着焙烧温度的升高，CuO/CeO2催化剂中CeO2结晶度升高、粒度增大、比表面积减小；前驱物CuO/CeO2在300～600℃焙烧后还原获得的Cu/CeO2催化剂中CeO2的粒度增大且彼此相近；H2-TPR分析表明CuO/CeO2催化剂中CuO为分步还原过程，CeO2载体表面吸附氧较少；单纯的CeO2粉体的催化活性明显低于Cu-Ce-O催化剂；同样反应条件下，在一定范围内升高CuO/CeO2催化剂的焙烧温度有利于提高其催化活性，但过高的焙烧温度则降低其活性。
五.CuO/CeO2模型催化剂首次以金属Ni片为基片、硝酸铈为原料、火棉胶为添加剂，利用溶胶-凝胶提拉法制备出CeO2/Ni和CeO2/NiO/Ni，并进一步以硝酸铜为原料、乳化剂OP为添加剂，仍利用溶胶-凝胶提拉法制备了CuO/CeO2/Ni及CuO/CeO2/NiO/Ni模型催化剂。研究结果表明，CeO2/Ni和CeO2/NiO/Ni中，CeO2薄膜均是以(111)是主要衍射面的无规取向，CeO2/Ni中CeO2的粒度较小；由于部分铜物种穿过CeO2薄膜取代Ni2+，在CuO/CeO2/Ni模型催化剂中有Cu0.2Ni0.8O特征衍射峰；CuO/CeO2/Ni和CuO/CeO2/NiO/Ni模型催化剂成膜比较均匀、平滑，而且后者更致密一些，CuO以团簇或者微晶态存在；在CuO/CeO2模型催化剂中CuO与氧化铈之间也存在着适宜提高催化活性的相互作用，以Ni为基片的CuO/CeO2的催化活性略高于以NiO/Ni为基片的模型催化剂；制备的CuO/CeO2模型催化剂稳定性较高。