Σύνθεση και μελέτη απλών, διπλών και τριπλών μεικτών οξειδίων δημητρίου

Abstract

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή έχει ως στόχο τη σύνθεση και το χαρακτηρισμό μεικτών οξειδίων του δημητρίου. Συγκεκριμένα η μελέτη εστιάζεται στη σύνθεση και μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων, της κρυσταλλικής δομής και της μορφολογίας των ακόλουθων μεικτών τριπλών οξειδίων: (α) VxCuxCe1-2xO2-y (0.05≤x≤ 0.45), (β) VxCu0.4-xCe0.6O2-y (0.05≤x≤ 0.4), (γ) VxFexCe1-2xO2-y (0.05≤x≤ 0.45) και (δ) VxFe0.4-xCe0.6O2-y (0.05≤ x≤ 0.4), καθώς επίσης στο ρόλο της αναλογίας των ετεροατόμων στις ιδιότητες των υπο μελέτη οξειδίων. Επίσης συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν τα διπλά μεικτά οξείδια: (α) VxCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9), (β) FexCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9) και (γ) CuxCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9) και το καθαρό οξείδιο του δημητρίου για σκοπούς σύγκρισης με τα τριπλά οξείδια. Αφού ολοκληρώθηκε ο χαρακτηρισμός των μεικτών οξειδίων στόχος ήταν η μελέτη του ρόλου των παραμέτρων σύνθεσης στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Οι κυριότερες παράμετροι σύνθεσης που μελετήθηκαν είναι: (α) η συγκέντρωση και το είδος της πρόδρομης ένωσης, (β) η θερμοκρασία αντίδρασης, (γ) ο χρόνος γήρανσης, (δ) η μέθοδος σύνθεσης, (ε) ο χρόνος ανάδευσης, (ζ) η θερμοκρασία ξήρανσης και πύρωσης. Αρχικά έγινε σύνθεση των μεικτών οξειδίων V-Cu-Ce και V-Fe-Ce και του CeO2 με τη μέθοδο της αλκαλικής συγκαταβύθισης χρησιμοποιώντας ως μέσο καταβύθισης την αμμωνία και στη συνέχεια ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των υλικών αυτών. Η προσθήκη V, Cu και Fe στη δημήτρια επηρεάζει τις δομικές και επιφανειακές της ιδιότητες καθώς και τη μορφολογία της. Λαμβάνονται βέλτιστες επιφάνειες στα υλικά V0.05Fe0.05Ce0.9O2, V0.1Fe0.3Ce0.6O2, V0.1Cu0.1Ce0.8O2 και V0.05Cu0.35Ce0.6O2 οι οποίες είναι μεγαλύτερες από την επιφάνεια του CeO2. Συνεπώς χρησιμοποιώντας κατάλληλο συνδυασμό ετεροατόμων επιτυγχάνεται βελτιστοποίηση της επιφάνειας και του πορώδους της δημήτριας.

The aim of the present PhD thesis is the synthesis and characterisation of several mixed cerium oxides. More specifically, it is focused on the synthesis and study of the surface properties, crystal structure and morphology of the mixed ternary oxides: (a) VxCuxCe1-2xO2-y (0.05≤x≤ 0.45), (b) VxCu0.4-xCe0.6O2-y (0.05≤x≤ 0.4), (c) VxFexCe1-2xO2-y (0.05≤x≤ 0.45) and (d) VxFe0.4-xCe0.6O2-y (0.05≤ x≤ 0.4). In addition, it is focused on the role of the heteroatoms ratio as far as the properties of the oxides are concerned. Mixed binary oxides VxCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9), FexCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9) and CuxCe1-xO2-y (0≤x≤ 0.9) and ceria were also synthesized and characterized for comparison perposes with the ternary oxides. After the characterization of the mixed oxides was completed, the next aim was to study the role of the synthesis parameters, such as: (a) concentration and type of the starting compound, (b) reaction temperature, (c) ageing time, (d) method of synthesis, (e) stirring time, (f) drying and calcination temperature. In the beginning, ternary oxides V-Cu-Ce, V-Fe-Ce and ceria synthesis was carried out by the method of alkaline co-precipitation using ammonia as precipitation agent. Characterization of the materials was performed. It was shown that vanadium, copper and iron addition in ceria influence the structural and surface properties and also the morphology of ceria. The highest surface areas were observed for the V0.05Fe0.05Ce0.9O2, V0.1Fe0.3Ce0.6O2, V0.1Cu0.1Ce0.8O2 and V0.05Cu0.35Ce0.6O2 materials, there are larger than the pure ceria surface area. So using a suitable combination of heteroatoms, improvement of ceria surface and porosity is achieved.