儲氧材(cai)料是汽車尾(wei)(wei)氣凈化(hua)(hua)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)關鍵材(cai)料，決定(ding)(ding)(ding)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)使用壽命，隨著排放法規的(de)(de)日益嚴格，提(ti)高(gao)(gao)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)熱(re)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)及氧化(hua)(hua)還(huan)原性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)顯得(de)越發(fa)重要(yao)。CeO2 是汽車尾(wei)(wei)氣凈化(hua)(hua)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)一個重要(yao)組分(fen)，它最主要(yao)的(de)(de)作用是通過(guo)化(hua)(hua)學反(fan)應(ying)實現儲氧和(he)放氧；它還(huan)能(neng)(neng)夠促進(jin)貴金屬(shu)的(de)(de)分(fen)散，增(zeng)加(jia)Al2O3 載體的(de)(de)熱(re)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)，增(zeng)強水(shui)(shui)氣轉(zhuan)化(hua)(hua)及水(shui)(shui)蒸氣重整反(fan)應(ying)，提(ti)高(gao)(gao)金屬(shu)?載體界(jie)面的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)。但在(zai)溫度1123 K以(yi)上(shang)，CeO2 容易發(fa)生燒結，失(shi)去(qu)多孔結構，從而使儲氧能(neng)(neng)力(li)和(he)比表面積(ji)降(jiang)低，進(jin)而導致催(cui)(cui)化(hua)(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)下降(jiang)。因此，提(ti)高(gao)(gao)材(cai)料的(de)(de)熱(re)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)及活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)非常重要(yao)。研究表明，稀土、過(guo)渡金屬(shu)、貴金屬(shu)的(de)(de)摻(chan)雜(za)都能(neng)(neng)在(zai)一定(ding)(ding)(ding)程度上(shang)提(ti)高(gao)(gao)CeO2 的(de)(de)熱(re)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)、儲氧能(neng)(neng)力(li)和(he)催(cui)(cui)化(hua)(hua)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing),而以(yi)Zr離子的(de)(de)摻(chan)雜(za)效果最為(wei)明顯。

　　研(yan)究發現，離子(zi)(zi)半徑較(jiao)(jiao)(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Zr4+(0.084 nm) 取(qu)(qu)代離子(zi)(zi)半徑較(jiao)(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ce4+(0.097 nm)，會引起(qi)(qi)(qi)CeO2 晶格畸變，一(yi)(yi)(yi)方面(mian)(mian)(mian)可形成更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷和(he)晶格應力(li)(li)，另一(yi)(yi)(yi)方面(mian)(mian)(mian)可以(yi)(yi)補償由Ce4+向Ce3+變化(hua)(hua)引起(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)積膨脹，從(cong)而(er)(er)(er)(er)降(jiang)低(di)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)離子(zi)(zi)擴散(san)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)(hua)能(neng)(neng)，有(you)(you)(you)利于體(ti)相(xiang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)遷(qian)移和(he)擴散(san)，提(ti)高(gao)其(qi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)還(huan)(huan)原(yuan)性能(neng)(neng)。相(xiang)比(bi)于純(chun)CeO2，Zr離子(zi)(zi)摻雜后熱穩定性較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)，另一(yi)(yi)(yi)方面(mian)(mian)(mian)，CeO2-ZrO2固(gu)溶體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)儲(chu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)力(li)(li)可以(yi)(yi)減少催化(hua)(hua)劑(ji)中貴金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)用量(liang)，從(cong)而(er)(er)(er)(er)降(jiang)低(di)催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成本(ben)。CeO2-ZrO2 混合氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)還(huan)(huan)原(yuan)行為和(he)儲(chu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)力(li)(li)取(qu)(qu)決于多種(zhong)因素：包括氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)成、結(jie)構、織(zhi)構、相(xiang)均(jun)一(yi)(yi)(yi)性和(he)預處理等，其(qi)中相(xiang)均(jun)一(yi)(yi)(yi)性起(qi)(qi)(qi)到(dao)了重要作用。CeO2-ZrO2 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)儲(chu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)力(li)(li)本(ben)質(zhi)上取(qu)(qu)決于其(qi)結(jie)構，Zr4+的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)引入增(zeng)強了形成結(jie)構缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)，這(zhe)些缺(que)陷有(you)(you)(you)利于還(huan)(huan)原(yuan)性質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)。與純(chun)CeO2 相(xiang)比(bi)，CeO2-ZrO2混合氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物不僅具(ju)(ju)有(you)(you)(you)更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)還(huan)(huan)原(yuan)性質(zhi)，而(er)(er)(er)(er)且具(ju)(ju)有(you)(you)(you)較(jiao)(jiao)(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)起(qi)(qi)(qi)始還(huan)(huan)原(yuan)溫(wen)度(du)(du)和(he)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)還(huan)(huan)原(yuan)度(du)(du)。結(jie)構骨架中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Zr 作為“輸送(song)者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角色”幫助(zhu)捕獲氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)原(yuan)子(zi)(zi)并(bing)轉移給Ce 原(yuan)子(zi)(zi)，進而(er)(er)(er)(er)提(ti)高(gao)其(qi)儲(chu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)力(li)(li)。總的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)來說，低(di)溫(wen)和(he)中溫(wen)下(xia)高(gao)Ce 組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)CeO2-ZrO2 體(ti)系(xi)性能(neng)(neng)較(jiao)(jiao)(jiao)好，而(er)(er)(er)(er)在高(gao)溫(wen)下(xia)，高(gao)Zr 含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樣品由于其(qi)固(gu)有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱穩定性和(he)相(xiang)對低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)燒結(jie)速率而(er)(er)(er)(er)能(neng)(neng)維持(chi)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)(neng)。為平衡Ce 和(he)Zr 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用，有(you)(you)(you)待于尋找Ce、Zr 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)佳摩爾比(bi)。有(you)(you)(you)研(yan)究表明，在CeO2 中加入20%~50%摩爾分數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Zr 可得到(dao)儲(chu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)值高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料。

　　盡管(guan)相比(bi)于純CeO2，CeO2-ZrO2 固溶體在熱穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)、氧(yang)化還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)質及儲(chu)氧(yang)能(neng)(neng)力方面有(you)(you)(you)了很(hen)大(da)的(de)提高，但CeO2-ZrO2 依然存在很(hen)多(duo)問(wen)題，如高溫下(xia)的(de)織構性(xing)(xing)能(neng)(neng)穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)較差，比(bi)表(biao)面積較小，在較高溫度下(xia)易發生相分離等。近年來發現CeZrM 多(duo)元復合氧(yang)化物有(you)(you)(you)望(wang)成(cheng)為(wei)更好的(de)儲(chu)氧(yang)材料(liao)。法國(guo)羅地亞公司已申請(qing)了很(hen)多(duo)相關專利。我國(guo)清華大(da)學(xue)也有(you)(you)(you)CeZrLa和(he)(he)CeZrLaPr等三元或(huo)四元氧(yang)化物的(de)相關專利。這類材料(liao)具有(you)(you)(you)特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)比(bi)表(biao)面積和(he)(he)還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，并且熱穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)很(hen)好。CeO2-ZrO2 固溶體改性(xing)(xing)的(de)效果取(qu)決于摻雜離子的(de)性(xing)(xing)質和(he)(he)摻雜量(liang)。例如，有(you)(you)(you)報(bao)道指出，La 的(de)加入有(you)(you)(you)利于CeO2-ZrO2織構性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)穩定(ding)(ding)(ding)和(he)(he)還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)的(de)增強，La 加入量(liang)為(wei)5%摩爾分數時樣品具有(you)(you)(you)最高的(de)熱穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)和(he)(he)最高的(de)儲(chu)氧(yang)能(neng)(neng)力。