一种Ti掺杂CeO2复合氧化物催化剂的结构优化方向和结构参数优化范围的构建方法

本发明属于氯苯催化氧化，具体涉及一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的结构优化方向和结构参数优化范围的构建方法。

背景技术：

1、氯苯是一类典型的含卤挥发性有机物（vocs），广泛应用于农药制造、医药中间体等生产过程，其在运输、储运以及使用环境中易挥发进入环境，造成持续性环境污染。此外，氯原子提高了分子极性，使其表现出极高的生物毒性。进一步地，氯苯可能进一步转化为多氯代芳香烃、二噁英等毒性更强的产物。因此，氯苯已成为挥发性有机物净化领域中一类典型污染物。

2、已应用的氯苯净化技术包括：吸收法、吸附法、等离子体法等，均无法满足高效、安全及低能耗的要求。相比之下，催化氧化技术能在低温下将污染物转化为co2和h2o，是最具前景的vocs净化技术。但现有催化剂普遍存在低温活性不足、长期稳定性不佳、无法适应复杂工况等问题。

3、ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂可用于氯苯催化氧化反应。现有技术中，针对ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的优化多集中于ce/ti比例调节、热处理条件调节、形貌调控、孔结构调节或缺陷调控等单一方面。上述优化方式虽然能够在一定程度上改善催化剂性能，但难以明确不同结构参数对氯苯氧化性能的贡献关系，也难以确定催化剂的整体结构调控方向。

4、因此，如何基于ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的活性测试和理化性质表征，确定影响其氯苯氧化性能的活性关联正向因素和活性关联反向因素，并据此构建催化剂的结构优化方向及结构参数优化范围，是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的结构优化方向和结构参数优化范围的构建方法。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明提供的一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的结构优化方向和结构参数优化范围的构建方法，主要包括以下步骤：

4、s1：制备一组具有不同结构特征的ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂样品；

5、s2：对步骤s1所得ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂样品进行氯苯催化氧化活性测试，获得反映催化剂氯苯氧化性能的活性指标；

6、s3：对步骤s1所得ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂样品进行理化性质表征，获得反映催化剂表面酸性、表面氧物种、缺陷结构以及表面暴露特征的结构参数；

7、s4：将步骤s2所得活性指标与步骤s3所得结构参数进行多因素贡献识别，确定与催化剂氯苯氧化性能相关的活性关联正向因素和活性关联反向因素；

8、s5：基于步骤s4所得活性关联正向因素和活性关联反向因素，确定ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的结构优化方向；

9、s6：根据步骤s5所得结构优化方向确定与之对应的结构参数优化范围。

10、进一步的，步骤s1中，通过ti掺杂比例调节和热处理条件调节，形成具有不同表面酸性、表面氧物种、缺陷结构和表面暴露特征的ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂样品。

11、进一步的，步骤s2中，所述活性指标包括t20和t90；所述t20表示氯苯转化率达到20％时对应的反应温度，所述t90表示氯苯转化率达到90％时对应的反应温度。

12、进一步的，步骤s3中，所述理化性质表征选自表面酸性表征、表面氧物种表征、缺陷结构表征和表面暴露特征表征中的一种或多种；所述表面酸性表征用于获得催化剂表面酸性位点分布，包括nh3程序升温脱附测试和nh3吸附原位红外测试；通过表面酸性表征获得表面酸性参数，所述表面酸性参数选自lewis酸位点含量、brønsted酸位点含量、弱酸位点含量、中强酸位点含量和强酸位点含量中的一种或多种；所述表面氧物种表征用于获得催化剂表面氧物种分布，包括x射线光电子能谱测试和o2程序升温脱附测试；通过表面氧物种表征获得表面氧物种参数，所述表面氧物种参数选自表面吸附氧含量、表面晶格氧含量、体相晶格氧含量和表面羟基氧含量中的一种或多种；所述缺陷结构表征用于获得催化剂中与ce3+相关的缺陷结构参数，包括x射线光电子能谱测试和电子顺磁共振测试；通过缺陷结构表征获得缺陷结构参数，所述缺陷结构参数选自ce3+含量、ce4+含量、ce3+/ce4+比值和氧空位信号强度中的一种或多种；所述表面暴露特征表征用于获得催化剂的有效反应界面和孔结构参数，包括n2吸附-脱附测试；通过表面暴露特征表征获得表面暴露特征参数，选自比表面积、孔容和平均孔径中的一种或多种。

13、进一步的，步骤s3中，所述理化性质表征还包括还原性能表征，所述还原性能表征包括h2程序升温还原测试，用于获得催化剂的还原性能参数，并辅助判断催化剂表面活性氧物种迁移能力和氧化还原能力。

14、进一步的，步骤s4中，所述多因素贡献识别选自相关性分析、主成分分析和相关贡献度分析中的一种或多种；通过多因素贡献识别将活性指标与表面酸性参数、表面氧物种参数、缺陷结构参数和表面暴露特征参数进行关联，从而确定影响催化剂氯苯氧化性能的关键结构因素。

15、进一步的，步骤s4中，所述活性关联正向因素选自lewis酸位点、比表面积、表面晶格氧、表面吸附氧、ce3+/ce4+比值、中强酸位点、孔容和中强酸位点中的一种或多种；所述活性关联反向因素选自brønsted酸位点、体相晶格氧、表面羟基氧、平均孔径、晶粒尺寸、强酸位点和弱酸位点中的一种或多种。

16、进一步的，步骤s5中，所述结构优化方向为：增强lewis酸位点含量占比、富集表面活性氧物种、增强ce3+相关缺陷结构并维持有效表面暴露；同时控制brønsted酸位点含量占比、体相晶格氧含量占比、表面羟基氧含量占比、平均孔径、晶粒尺寸、强酸位点含量占比和弱酸位点含量占比。

17、进一步的，步骤s6中，所述结构参数优化范围包括需要增强的结构参数优化范围和需要控制的结构参数优化范围；所述需要增强的结构参数优化范围为：lewis酸位点含量占比为74.1%-86.6%，比表面积为98.8-159.9m2/g，表面晶格氧含量占比为64.3%-72.4%，表面吸附氧含量占比为30.7%-35.0%，ce3+/ce4+比值为0.21-0.25，孔容为0.13-0.15cm3/g，中强酸位点含量占比为35.0%-42.6%；所述需要控制的结构参数优化范围为：brønsted酸位点含量占比为13.4%-25.9%，体相晶格氧含量占比为27.6%-35.7%，表面羟基氧含量占比为7.0%-11.5%，平均孔径为3.6-6.0nm，晶粒尺寸为3.8-8.7nm，强酸位点含量占比为27.9%-34.4%，弱酸位点含量占比为24.2%-33.6%。

18、本发明提供一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的结构优化方向和结构参数优化范围的构建方法获得的一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂。

19、本发明提供的一种ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂，其lewis酸位点含量占比、比表面积、表面晶格氧含量占比、表面吸附氧含量占比、ce3+/ce4+比值、孔容和中强酸位点含量占比均处于所述需要增强的结构参数优化范围内；其brønsted酸位点含量占比、体相晶格氧含量占比、表面羟基氧含量占比、平均孔径、晶粒尺寸、强酸位点含量占比和弱酸位点含量占比均处于所述需要控制的结构参数优化范围内。

20、本发明的有益效果是：

21、与现有技术相比，本发明不是仅对催化剂的单一结构参数进行调节，而是先确定适用于氯苯催化氧化反应的催化剂结构优化方向，进一步将结构优化方向量化为lewis酸位点、表面活性氧物种、ce3+相关缺陷结构、有效表面暴露以及相关受控结构参数的协同优化范围，并以协同优化范围界定ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的有效结构状态。

22、这种多参数协同优化的策略克服了传统方法中因单一变量调控导致的性能瓶颈，能够更精准地匹配氯苯催化氧化反应对催化剂表面酸性、氧化还原能力及传质特性的综合需求。通过明确各关键结构参数的优化区间，本发明有效提升了ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂的氯苯氧化性能，解决了现有ti掺杂ceo2复合氧化物催化剂在实际应用中活性与选择性难以兼顾的技术难题，为高性能氯苯氧化催化剂的设计与制备提供了明确的理论依据和技术指导。