Σύνθεση νανοπορώδους CeO2 με χρήση αμινών και μήτρας

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά τη σύνθεση, χαρακτηρισμό και μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων του CeO2. Συγκεκριμένα, στόχος της εργασίας αυτής ήταν η σύνθεση CeO2 παρουσία οργανικής βάση και μήτρας και η περαιτέρω μελέτη του. Αρχικά έγινε σύνθεση του CeO2 παρουσία διαφορετικών οργανικών βάσεων σε οργανικούς διαλύτες και σύγκριση των αποτελεσμάτων. Από τη μελέτη των αποτελεσμάτων επιλέχτηκε ως καταλληλότερη βάση η ανιλίνη. Βρέθηκε ότι η χρήση αραιών διαλυμάτων δημητρίου καθώς επίσης και η χρήση θερμοκρασίας γήρανσης 50 οC ευνοεί την σύνθεση CeO2 με μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας. Επίσης βρέθηκε ότι η δράση της ανιλίνης κατά τη διάρκεια της σύνθεσης είναι διπλή αφού εκτός από βάση δρα και ως μήτρα. Η δράση αυτή εξαρτάται από τις συνθήκες σύνθεσης αλλά και από τη συγκέντρωση της πρόδρομης ένωσης. Στη συνέχεια μελετήθηκε η σύνθεση του CeO2 με χρήση ανιλίνης παρουσία χουμικού οξέως ως μήτρα. Η παρουσία του χουμικού οξέως προκάλεσε σημαντική αύξηση στο εμβαδόν επιφάνειας του CeO2. Βρέθηκε ότι με αύξηση της συγκέντρωσης του χουμικού οξέως παρατηρείται αύξηση της διαμέτρου των πόρων. Επίσης παρατηρήθηκε ότι παρουσία χουμικού οξέως η ανιλίνη δρα περισσότερο ως βάση παρά ως μήτρα. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής μελετήθηκε επίσης η σύνθεση του CeO2 με χρήση ανιλίνης παρουσία CTAB ως μήτρα. Παρατηρήθηκε ότι η ανιλίνη παρουσία CTAB και με αύξηση της θερμοκρασίας γήρανσης δρα και ως μήτρα με αποτέλεσμα τη μείωση της επιφάνειας του στερεού. Επιπρόσθετα έγιναν ενδεικτικά και κάποια καταλυτικά πειράματα για να μελετηθεί η ενεργότητα των στερεών που παρασκευάστηκαν. Και από τις τρεις ομάδες δειγμάτων βρέθηκε ότι το δείγμα που παρουσίασε τη μεγαλύτερη ενεργότητα ήταν αυτό που παρασκευάστηκε παρουσία ανιλίνης και CTAB.

The aim of this PhD thesis was the synthesis, characterization and study of the surface properties of CeO2. Specifically, the aim of the thesis is the synthesis of CeO2 in the presence of organic base and templating agent as well as its further study. Initially the synthesis of CeO2 took place using different kinds of organic bases in organic solvents. According to the results, aniline was selected as the most appropriate base. It was found that the use of diluted cerium solutions and the use of an aging temperature of 50 oC, facilitates the synthesis of CeO2 with large surface areas. Moreover, it was found that aniline during the synthesis procedure has a double effect, acting both as a base and a templating agent. This depends on both the synthesis’ conditions and the concentration of the precursor salt. Furthermore, the synthesis of CeO2 using aniline in the presence of humic acid as a templating agent was investigated. The presence of humic acid caused considerable increase of the surface area of CeO2. It was found that by increasing the concentration of the humic acid, the pore diameter was increased. In addition, it was found that in the presence of humic acid aniline acts more as a base than as a templating agent. The synthesis of CeO2 using aniline in the presence of CTAB as a templating agent, was also studied. It was observed that aniline in the presence of CTAB and with increased aging temperature acts as a templating agent, resulting in the decrease of the surface area. Additionally, catalytic experiments were conducted for selected samples in order to study their catalytic activity. From the three sample groups, the one that exhibited the highest activity was the one produced using aniline and CTAB.