КАTАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОДИСПЕРСНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ М0,1Zr0,18Ce0,72O2, где M – РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ МЕТАЛЛ, В РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА

Синтезированы твердые растворы M0,1Zr0,18Ce0,72O2, где M – редкоземельный металл (РЗМ). Методами РФА, КРС, ПЭМ и низкотемпературной адсорбции азота исследованы структурные и текстурные характеристики полученных соединений. Показано, что введение 10 мол.% РЗМ в состав твердого раствора Zr0,2Ce0,8O2 позволяет сохранить кубическую флюоритовую структуру. При этом параметр решетки твердых растворов уменьшается с увеличением атомного номера РЗМ. По данным КР, синтезированные образцы являются нанодисперсными: размер кристаллитов диоксида церия составляет 13,3 нм, Zr0,2Ce0,8O2 – 11,2 нм, M0,1Zr0,18Ce0,72O2 – около 8 нм. Согласно  ПЭМ, средний размер частиц составляет 15 нм. Установлено, что введение РЗМ приводит к увеличению удельной поверхности и пористости, что обусловлено формированием более дефектных структур. Определена каталитическая активность синтезированных твердых растворов в реакции окисления СО в проточном реакторе при условиях: давление 0,1 МПа, температура 20–500 °С, объемная скорость 1800 ч–1, состав газовой смеси (об.%): СО – 3,6; О2 – 8,0; N2 – баланс. Наиболее активными оказались образцы с легкими РЗМ (празеодим, самарий, неодим), обладающие повышенной кислородной емкостью (OSC). Новые катализаторы представляют интерес для процессов очистки газовых выбросов автотранспорта.

1. Hideki Abe. Current status and future of the car exhaust catalyst // Science & Technology Trends — Quarterly Review. 2011. № 39. Р. 21—30.

2. Gandhi H.S., Graham G.W., McCabe R.W. Automotive exhaust catalysis // Journal of Catalysis. 2003. Vol. 216. Р. 433—442.

3. Matsumoto S. Recent advances in automobile exhaust catalysts // Catal. Today. 2004. Vol. 90. Р. 183—190.

4. Hori C.E., Permana H., Simon Ng.K.Y., Brenner A.B., More K., Rahmoeller K.M., Belton D. Thermal stability of oxygen storage properties in a mixed CeO2-ZrO2 system// Appl. Catal.. B. 1998. Vol. 16. Р. 105—117.

5. Christou, S.Y., Bradshaw H., Butler C., Darab J., Efstathiou A.M. Effect of thermal aging on the transient

6. kinetics of oxygen storage and release of commercial of CexZr1–xO2-based solids // Topic Catal. 2009. Vol. 52. Р. 2013—2018.

7. Boaro M., Leitenburg C., Dolcetti G., Trovarelli A. The dynamic of oxygen stroage in ceria-zirconia model catalysts measured by CO oxidation under stationary and cycling feedstream composition // J. Catal. 2000. Vol. 193. Р. 338— 347.

8. Yi Liu, Cun Wen, Yun Guo, Guanzhong Lu, Yanqin Wang. Effects of surface area and oxygen vacancies on ceria in CO oxidation: Differences and relationships // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2010. Vol. 316. Р. 59—64.

9. Иванова А.И. Физико-химические и каталитические свойства систем на основе CeO2 // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 6. С. 831—849.

10. Кузнецова Т.Г., Садыков В.А. Особенности дефектной структуры метастабильных нанодисперсных диоксидов церия и циркония и материалов на их основе // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. № 6. C. 886—905.

11. Skorodumova N.V., Simak S.I., Lundqvist B.I., Abrikosov I.A., Johansson B. Quantum Origin of the Oxygen Storage Capability of Ceria // Physical Review Letters. 2002. Vol. 89. № 16. id. 166601.

12. Hu Yucai, Yin Ping, Liang Tao, Jiang Wei, Liu Bing. Rare Earth Doping Effects on Properties of Ceria-Zirconia Solid Solution // Journal of Rare Earths. 2006. Vol. 24. Р. 86—89.

13. Li Mei, Lio Zhaogang, Hu Yanhong, Wang Mitang, Li Hangquan. Effect of doping elements on catalytic performance of CeO2-ZrO2 solid solutions // Journal of Rare Earths. 2008. Vol. 26. Р. 357—361.

14. Mikulova J., Rossignol S., Gerardy F., Mesnard D., Kappenstein C., Duprez D. Properties of cerium—zirconium mixed oxides partially substituted by neodymium: Comparison with Zr—Ce—Pr—O ternary oxides // J. Solid State Chemistry. 2006. Vol. 179. Р. 2511—2520.

15. Zhenjin K., Zhenchuan K. Quaternary Oxide of Cerium, Terbium, Praseodymium and Zirconium for Three-Way Catalysts // Journal of Rare Earths. 2006. Vol. 24. Р. 314— 319.

16. Lei Cao, Changjun Ni, Zhongshan Yuan, Shudong Wang. Correlation between catalytic selectivity and oxygen storage capacity in autothermal reforming of methane over Rh/Ce0,45Zr0,45RE0,1 catalysts (RE = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb) // Catalysis Communications. 2009. Vol. 10. Р. 1192—1195.

17. Либерман Е.Ю., Малютин А.В., Клеусов Б.С., Михайличенко А.И., Конькова Т.В. Наноструктурированные катализаторы для очистки газовых сред от монооксида углерода// Экология и промышленность России. 2012. № 7. С. 25—27.

18. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. С. 88.

19. Arai S., Muto S., Murai J., Sasaki T., Ukyo Y. and et. Valence Change of Cations in Ceria-Zirconia Solid Solution Associated with Redox Reactions Studied with Electron Energy-Loss Spectroscopy // Materials Transactions. 2004. Vol. 45. № 10. P. 2951—2955.

20. Rojas T.C., Ocana M. Uniform nanoparticles of Pr(III)/Ceria solid solutions prepared by homogeneous precipitation // Scripta Naterialia. 2002. Vol. 46. Р. 655—660. http://www.webelements.com

21. Гасымова Г.А., Иванова О.С., Баранчиков А.Е., Щербаков А.Б., Иванов В.К., Третьяков Ю.Д. Синтез водных золей нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием // Наносистемы: физика, химия, математика. 2011. № 2. С. 113—120.