【优博微展2018】赵保槐：LaBO3(B=Ni,Mn)钙钛矿材料的结构调控和催化性能研究

赵保槐：2018年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者

LaBO₃(B=Ni,Mn)钙钛矿材料的结构调控和催化性能研究

Structure Control and Catalytic Performance of LaBO₃(B=Ni,Mn) Perovskite Catalysts

作       者：赵保槐

指导教师：翁端

培养院系：材料学院

学       科：材料科学与工程

读博感言：爱国、敬业、诚信、友善

研究背景/选题意义/研究价值

本论文以CO2的资源化利用和有害气体NO的治理为出发点，以钙钛矿材料的结构调控和催化性能为主要研究对象，以“应用需求—材料设计和制备—催化性能评价—结构等信息表征—催化机理分析”为研究线路，有效地建立起材料与反应之间的构效关系，为相关催化材料的开发和应用提供了借鉴与参考。

主要研究内容

LaFe1-xNixO3钙钛矿材料在干法重整反应中具有优异的反应活性和抗积碳能力。在反应过程中其表面会生成高度分散且稳定的纳米Ni颗粒，同时晶格中形成氧空位，促进对CO2的解离和C2H6的活化。在CO2加氢反应中，稳定的La-Fe-Ni钙钛矿结构能够调控材料表面Ni的价态分布，改变材料对反应中间产物CO的反应性，从而调控CO2加氢反应的选择性。

In situ XANES和AP-XPS谱图

掺杂和选择性腐蚀能够对LaMnO3+δ钙钛矿的A位进行调控，改性之后这类材料的NO催化氧化性能得到明显的提升。A位调控可以大幅提高钙钛矿材料的比表面积、表面Mn元素的平均价态并优化材料对NOx的吸脱附性能，这些作用与材料中锰氧结构单元的改变相关联。

主要创新点

1. 证明了钙钛矿型复合氧化物中氧空位在乙烷干法重整反应中促进CO2解离并促进活性氧迁移的作用，为理解和提升Ni基材料的抗积碳性能提供了理论基础。

2. 明确了钙钛矿结构对表面Ni离子价态的稳定的作用，为Ni基催化材料在CO2加氢反应中的选择性优化设计提供参考依据。

3. 通过A位掺杂与选择性腐蚀大幅提升了LaMnO3+δ材料的NO催化氧化活性，进一步建立了[MnO6]八面体结构单元的组合方式与NO催化氧化性能的关联，为Mn基催化材料的设计和开发提供了思路。

代表性学术发表

1. Zhao B, et al. Chem. Commun., 2018,  54, 7354-7. 

2. Zhao B, et al. Catal. Commun., 2018, 105: 26-30.

3. Zhao B, et al. J. Mater. Sci., 2016, 51: 2299-2306. 

4. Zhao B, et al. RSC Adv., 2016, 6: 69855-69860.

5. Zhao B, et al. Catal. Commun., 2014, 56: 36-40.

6. Zhao B, et al. J. Catal., 2018, 358: 168-178. 

7. Zhao B, et al. Catal. Commun., 2018, 104: 13-16.

8. Zhao B, et al. Appl. Catal. A: Gen., 2016, 514: 24-34.

9. Zhao B, et al. Appl. Catal. A: Gen., 2017, 545: 64-71.

10. Zhao B, et al. Appl. Surf. Sci., 2014, 308: 230-236.

作者：赵保槐

供图：赵保槐

编辑：清华大学研究生院  周明坤  吴佳瑛 李文