纳米Ce0.95M0.05O2(M=Fe,Nd,Eu)光谱特征及其催化性能研究

• 作者: 于海澍 张国芳 张羊换 胡锋 葛启录 许剑轶
• 来源期刊: 光谱学与光谱分析
• 学科: 化学
• 关键词: Ce0.95M0.05O2固溶体 水热法 光谱特征 催化 Mg基储氢合金
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 页码范围: 3420-3424
• 页数: 5页
• 分类号: O611.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2020)11-00-05

摘要

采用水热法制备纳米Ce0.95 M0.05 O2(M=Fe3+,Nd3+,Eu3+)固溶体,系统研究了固溶体的微观晶体结构及光谱特性.X RD结果表明,掺杂样品均为单相萤石立方结构,无对应于掺杂离子氧化物的杂相存在,说明三种掺杂离子均成功掺入CeO2晶格内而形成固溶体.计算各样品的晶粒尺寸,得到掺杂固溶体的粒度均低于20 nm.采用紫外可见光谱(UV-Vis)表征固溶体的电子跃迁性能.与纯CeO2相比,掺杂固溶体的吸收边均发生红移;同时,拟合得到各样品能隙由大到小依次为:CeO2(3.13 eV)>Ce0.95 Eu0.05 O2(3.04 eV)>Ce0.95Nd0.05O2(2.94 eV)>Ce0.95Fe0.05O2(2.75 eV).荧光光谱(PL)测试表明,掺杂样品的发射峰强度均比纯CeO2低,其中Fe3+掺杂固溶体样品的强度降低最为明显.其原因在于Fe3+掺杂会使固溶体晶格内引入更多缺陷,从而阻碍了电子与空穴的复合.将固溶体作为催化剂添加到M g2 Ni-Ni中,球磨制得M g2 Ni-Ni-5％Ce0.95 M0.05 O2复合材料,系统测试复合材料电极的电化学和动力学储氢性能.结果表明,Ce0.95 M0.05 O2固溶体可有效提高Mg2 Ni-Ni合金复合材料的电化学放电性能,最大放电容量分别为:Ce0.95 Fe0.05 O2(874.8 mAh·g1)>Ce0.95 Nd0.05 O2(827.8 mAh·g1)>Ce0.95 Eu0.05 O2(822.7 mAh·g1)>CeO2(764.9 mAh·g1).同时,催化剂还可有效提高复合材料的电化学循环稳定性,经20次循环后的容量保持率为:Ce0.95 Fe0.05O2(49.8％)>Ce0.95Eu0.05O2(49.7％)>Ce0.95Nd0.05O2(46.3％)>CeO2(34.1％).对复合材料进行高倍率放电性能(H RD)表征,掺杂固溶体催化剂能够显著提高样品的大电流放电性能,如当放电电流密度为200 mAh·g-1时,各样品的HRD为:Ce0.95 Fe0.05 O2(59.5％)>Ce0.95 Eu0.05 O2(57.4％)>Ce0.95 Nd0.05 O2(55.7％)>CeO2(54.4％).采用恒电位阶跃测试催化剂对复合材料中H的扩散能力的影响,H扩散系数由大到小依次为Ce0.95 Fe0.05 O2>Ce0.95 Eu0.05 O2>Ce0.95 Nd0.05 O2>CeO2.分析认为,固溶体的催化效果与其氧空位浓度、晶格缺陷及掺杂离子易变价特性密切相关.