Επίδραση των παραμέτρων της υδροθερμικής μεθόδου στις καταλυτικές ιδιότητες νανοδημήτριας

• Main Author: Καππής, Κωνσταντίνος
• Other Authors: Αυγουρόπουλος, Γεώργιος
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2019
• Subjects: Κατάλυση; Μονοξείδιο του άνθρακα; Υδροθερμική μέθοδος; Διοξείδιο του δημητρίου; Catalysis; Carbon monoxide; Hydrothermal method; Cerium dioxide; 541.395

Το διοξείδιο του δημητρίου ή δημήτρια (CeO2) θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα υλικά στον τομέα της κατάλυσης καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ως ενεργός φάση, είτε ως υπόστρωμα σε διάφορες καταλυτικές αντιδράσεις. Στην περίπτωση που η δημήτρια κατέχει νανοδομημένη μορφή, μπορεί να προσφέρει αποτελεσματικότερες λειτουργίες που σχετίζονται με τα φαινόμενα της νανοκλίμακας. Για την ανάπτυξη νανοδομημένης δημήτριας έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι, με την υδροθερμική μέθοδο να κατέχει σημαντικό ρόλο καθώς ελέγχοντας τις παραμέτρους της (χρόνο, θερμοκρασία, συγκέντρωση κ.α.), παρασκευάζονται νανοσωματίδια CeO2 με επιθυμητά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Στην παρούσα εργασία, εξετάστηκε η επίδραση των παραμέτρων μιας τροποποιημένης υδροθερμικής μεθόδου (μέθοδος κιτρικών-υδροθερμικής στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των νανοκαταλυτών δημήτριας. Παράμετροι της μελέτης ήταν η συγκέντρωση του NaOH και η θερμοκρασία της υδροθερμικής κατεργασίας. Για το χαρακτηρισμό των καταλυτών χρησιμοποιήθηκαν ρόφηση/εκρόφηση N2, περίθλαση ακτίνων-X (XRD), ηλεκτρονική μικροσκοπία (SEM), φασματοσκοπία διάχυτης ανάκλασης υπεριώδους-ορατού (UV-Vis DRS), φασματοσκοπία Raman και φασματοσκοπία EPR. Επίσης, έγινε μια προσπάθεια αποσαφήνισης του μηχανισμού σύνθεσης της μεθόδου κιτρικών-υδροθερμικής. Σε κάθε περίπτωση, οι νανοκαταλύτες δημήτριας εξετάστηκαν ως προς την ενεργότητα τους για την οξείδωση του CO, ενώ για το πιο ενεργό δείγμα πραγματοποιήθηκε και μια κινητική μελέτη για την οξείδωση του CO. Η ρόφηση/εκρόφηση N2 παρουσίασε το δείγμα 5M-120℃, ως τον καταλύτη με τη μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια (137 m2/g), ενώ οι μετρήσεις XRD έδειξαν ότι έχουν παρασκευαστεί υψηλής καθαρότητας σωματίδια CeO2. Μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διαπιστώθηκε ότι μπορούν να παρατηρηθούν διαφορετικές μορφολογίες από διάφορους συνδυασμούς των παραμέτρων της υδροθερμικής μεθόδου. Οι μετρήσεις UV-Vis DRS έδειξαν ότι οι διάφοροι συνδυασμοί των υδροθερμικών παραμέτρων αποδίδουν υλικά CeO2 με διαφορετικό οπτικό ενεργειακό χάσμα. Η φασματοσκοπία Raman πιστοποίησε την ύπαρξη ανηγμένης δημήτριας (CeO2-x), ενώ μέσω φασματοσκοπίας EPR φάνηκε ότι τα δείγματα που παρασκευάστηκαν με τις υψηλές συγκεντρώσεις NaOH (≥0.5 M) έχουν και μεγάλο αριθμό επιφανειακών ιόντων Ce3+. Οι καταλύτες CeO2 που παρασκευάστηκαν με τις χαμηλές συγκεντρώσεις NaOH (≤0.1 M) φάνηκαν πιο ενεργοί για την οξείδωση του CO σε σχέση με τους καταλύτες που παρασκευάστηκαν με τις υψηλές συγκεντρώσεις NaOH (≥0.5 M). Σχετίζοντας κατάλληλα τα πειραματικά αποτελέσματα, φαίνεται ότι η επίτευξη υψηλής ενεργότητας απαιτεί το συνδυασμό μορφολογίας και ατελειών κενών θέσεων οξυγόνου.