莫来石催化剂（Gd，Er）Mn2 O5的合成和表征

杨 志，马珑珑

（长治学院化学系，山西 长治 046000）

随着新时代的到来，我国的国民经济呈现迅猛的发展态势，人们的生活质量的不断提高，以车代步的现象逐渐突出，对于机动车的需求量也在不断的持续增加从而导致机动车的数量呈现不断快速增长的态势[1]。然而，机动车产生的尾气对人类健康以及大气质量造成了极大地威胁，只因机动车尾气中含有诸多影响人类健康以及对环境造成污染的有害物质[2]。其中，造成环境污染的主要成分是氮氧化物[3]。

氮氧化物能够影响着植物生长过程中的光合作用，导致农作物大幅度减产的后果，在大气中遇到水蒸气会转化成硝酸，形成酸雨对建筑及植被造成严重的腐蚀；能够与碳氢类的化合物进行结合，形成光化学烟雾[4]，破坏臭氧层，对人类的身体健康以及生态环境问题造成非常不利的影响[5]。

目前可以作为NO氧化催化剂的主要包括分子筛类催化剂、活性炭类催化剂、贵金属催化剂和金属氧化物催化剂四个类型[6]。分子筛类催化剂在较高的温度下能达到极高的NO转化率，但此时的催化活性也不算高[7]。活性炭类催化剂活性温度范围较窄，并且受水影响较大。Pt类催化剂是贵金属类催化剂中研究最多的[8]，但价格比较昂贵，成本过高，因此限制了其在工业领域中的应用。金属氧化物中研究最多的是钒类催化剂，这类催化剂是一种有毒的物质，不符合当今催化剂的发展要求。

2012年wang等人发现SmMn2O5莫来石催化剂在性能、稳定性上超越了通用公司的钙钛矿催化剂。而且，莫来石系列催化剂完全避开了有毒元素，完全是绿色催化剂。

1 实验部分

1.1 实验方法

按5∶3∶7质量比分别称取一定量的的硝酸钆、高锰酸钾和氯化锰，将称量好的高锰酸钾和氯化锰加入到硝酸钆的水溶液中，搅拌30min，同时加水至50mL。称取氢氧化钠配成溶液，加入上述溶液中，搅拌 10min，然后移至反应釜中，加热至200℃，反应12h即得产物GdMn2O5。ErMn2O5用同样的方法制得。

1.2 催化剂性能测试

实验时，取适量样品放入表征仪中，通过电脑设定在实验开始后，以一定的速率向表征仪中通入NO、O2和N2的混合气体，每隔50℃在50～500℃的温度范围内保温30min，记录下每个温度阶段NO2浓度变化情况，并制作成折线图，分析催化反应转化率随温度的变化情况。

1.3 实验仪器

X射线衍射仪（Cu Kα辐射源，Panalytical，X’Pert Pro），扫描范围10°～90°；AMI-300全自动催化剂特性表征仪，氮氧化物分析仪（CLD822Mh ECO Physics）。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

为了检测样品的成分及物相，对其进行了X射线衍射分析，其测试结果如图1所示。

图1 催化剂GdMn2O5、ErMn2 O5的XRD曲线

通过与标准的XRD谱图对比发现，所制备的莫来石催化剂GdMn2O5、ErMn2O5样品都是纯相。

2.2 （Gd，Er）Mn2O5催化性能分析

为了测试（Gd，Er）Mn2O5对NO的催化氧化效果，本文通过AMI-300全自动催化剂特性表征仪和氮氧化物分析仪来进行NO的催化实验。其测试结果如图2所示。

图2 GdMn2O5、ErMn2O5的NO催化氧化曲线图

从图2中看出，两种物质都对NO有催化作用，且催化反应转化率都随着温度的上升有一个先上升后下降的趋势。GdMn2O5作催化剂的NO催化反应在250℃时达到了最大催化反应转化率，最大催化反应转化率为58%，ErMn2O5作催化剂的NO催化反应在250℃时达到了最大催化反应转化率，最大催化反应转化率为50%。

3 结论

通过水热法制备了GdMn2O5和ErMn2O5莫来石催化剂材料，并且通过NO催化氧化实验发现GdMn2O5在250℃时达到了最大催化反应转化率，为58%；ErMn2O5在250℃时达到了最大催化反应转化率，为50%。水热法具有安全环保，成本低廉，实验器材容易获取等优点，对于本材料的制备非常值得进一步研究。