吳 倩 翁維正 劉春麗 黃傳敬 夏文生 萬(wàn)惠霖

(廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，醇醚酯化工清潔生產(chǎn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系，福建 廈門 361005)

制備方法對(duì)Nd2O3上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成的影響

吳 倩 翁維正＊?jiǎng)⒋蝴?黃傳敬 夏文生 萬(wàn)惠霖＊

(廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，醇醚酯化工清潔生產(chǎn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系，福建 廈門 361005)

分別采用水解、水熱和燃燒法制備了三種主要物相均為立方Nd2O3的樣品。以325 nm激光為激發(fā)源，在室溫和空氣氣氛下對(duì)上述樣品上過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成情況進(jìn)行了比較考察。經(jīng)Raman光譜儀的激光束照射后，三種樣品上均可檢測(cè)到過(guò)氧物種的生成，但燃燒法制備的樣品上過(guò)氧的生成速率顯著大于其他兩種樣品。O2-和CO2-TPD(程序升溫脫附)的表征結(jié)果表明，與水解和水熱法制備的立方Nd2O3相比，燃燒法制備的樣品表面含有更多的低配位晶格氧物種，晶格氧的堿性也更強(qiáng)，因而更有利于在光誘導(dǎo)下與分子氧反應(yīng)生成過(guò)氧物種。

氧化釹；制備方法；光誘導(dǎo)反應(yīng)；過(guò)氧物種；晶格氧

1 引 言

分子氧在固體催化劑表面的吸附和活化是多相選擇氧化研究中的重要課題之一1,2。本課題組3?5在采用Raman光譜對(duì)O2氣氛下的稀土倍半氧化物進(jìn)行原位表征時(shí)發(fā)現(xiàn)，在激光的照射下，分子氧可與稀土氧化物表面的晶格氧反應(yīng)生成過(guò)氧物種。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對(duì)分子氧在陽(yáng)離子價(jià)態(tài)不變的金屬氧化物表面活化和轉(zhuǎn)化機(jī)理的認(rèn)識(shí)，也為分子氧在氧化物表面的活化提供了一條新途徑。在后續(xù)的工作中我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成情況還與稀土氧化物的預(yù)處理?xiàng)l件以及其物相等因素密切相關(guān)6,7?？紤]到氧化物的制備方法有許多，包括沉淀法8,9，溶劑熱法10,11，水熱法12?14，燃燒法15?17，溶膠凝膠法18,19和水解法20,21等。不同的制備方法將直接影響樣品尺寸，形貌及表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其物理和化學(xué)性質(zhì)。為了進(jìn)一步探究影響稀土倍半氧化物表面過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成的因素，本文采用水解、水熱和燃燒法制備了三種Nd2O3樣品。以325 nm激光為激發(fā)源，在室溫和空氣氣氛下對(duì)上述樣品上過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成情況進(jìn)行了比較考察，并采用低溫N2吸附、X射線粉末衍射(XRD)、拉曼(Raman)光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)、CO2-和O2-程序升溫脫附(TPD)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)影響上述樣品表面過(guò)氧物種生成的關(guān)鍵因素進(jìn)行了表征。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品的制備

水解法：樣品的制備參照文獻(xiàn)21。稱取研細(xì)后的商品Nd2O3(99.99%，Alfa Aesar) 1.0 g，于管式爐中加熱至110 °C后用O2/N2體積比為21/79 混合氣(50 mol?L?1)鼓泡帶入室溫下的飽和水蒸氣水解100 h，得到Nd(OH)3，接著在管式爐中通入 O2/N2體積比為 21/79混合氣(30 mol?L?1)，以 10 °C?min?1的速率升溫至 650 °C焙燒3 h，得到的樣品標(biāo)記為Nd2O3-H。

水熱法：樣品的制備參照文獻(xiàn)12。稱取1.0 g商品Nd2O3于200 mL反應(yīng)釜中，加入100 mL去離子水，超聲10 min后，置于110 °C烘箱中水熱反應(yīng)24 h。所得固體用去離子水離心洗滌3次后于烘箱中 110 °C干燥 12 h，得到白色Nd(OH)3固體。將白色固體研磨后在管式爐中通入 O2/N2體積比為 21/79 混合氣(30 mol?L?1)，以10 °C?min?1的速率升溫至 650 °C 焙燒 3 h，得到的樣品標(biāo)記為Nd2O3-HT。

燃燒法：樣品的制備參照文獻(xiàn)15。向1.0 g商品 Nd2O3中加入 5.0 mL 濃硝酸(14.4 mol?L?1，國(guó)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司)至完全溶解，再加入0.22 g甘氨酸(分析純，國(guó)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司)，于85 °C水浴鍋上加熱攪拌至溶膠狀態(tài)。冷卻后在馬弗爐中于以 10 °C?min?1的速率升溫至650 °C焙燒3 h，再將固體轉(zhuǎn)移至管式爐中并通入 O2/N2體積比為 21/79混合氣(30 mol?L?1)，以 10 °C?min?1的速率升溫至 650 °C焙燒3 h，得到的樣品標(biāo)記為Nd2O3-C。

2.2 樣品的表征

拉曼(Raman)光譜測(cè)試在英國(guó) Renishaw UV-Vis RT 1000和Renishaw in via顯微拉曼光譜儀上進(jìn)行。兩臺(tái)光譜儀器均采用Leica顯微系統(tǒng)，以CCD為檢測(cè)器，以325 nm (He-Cd激光器)，457 nm (固體激光器)，514.5 nm (固體激光器)和 633 nm (固體激光器)等波長(zhǎng)的激光為激發(fā)光源。采用325 nm的激光為激發(fā)光源時(shí)，使用OFR LMU 15倍NUV物鏡，Raman光譜儀的分辨率約為6 cm?1。采用457、514和633 nm激光為激發(fā)光源時(shí)，使用Leica PL Fluotar 50倍物鏡，Raman光譜儀的分辨率約為4 cm?1。

樣品的比表面積采用 BET方法在美國(guó)Micromeritics Tristar 3020型物理吸附儀上測(cè)定。樣品用量約為1.0 g，以氮?dú)鉃槲劫|(zhì)，吸附溫度為?196 °C。吸附前，樣品先在 200 °C 下抽真空處理2 h。

X射線粉末衍射(XRD) 實(shí)驗(yàn)在日本Rigaku Ultima IV型X射線粉末衍射儀上進(jìn)行，采用石墨單色器濾光。測(cè)定條件為：Cu Kα(λ ＝0.15406 nm)，管壓為40 kV，管電流為30 mA，掃描范圍 10°?90°，掃描速率為 10 (°)?min?1。

SEM表征在日本Hitachi冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡S-4800上進(jìn)行，加速電壓為15 kV。將樣品分散于無(wú)水乙醇中，超聲30 min后，均勻滴到硅片上，自然晾干，備用。

CO2程序升溫脫附(CO2-TPD)實(shí)驗(yàn)在自行搭建的TPD-MS (Hiden Analytical QIC-20型四極質(zhì)譜儀)裝置上進(jìn)行。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：稱取0.50 g樣品，在He (99.999%，愛(ài)康尼克氣體有限公司，20 mol?L?1)氣氛中以 20 °C?min?1的速率升溫至650 °C處理0.5 h，降至20 °C后切入 CO2(99.995%，林德氣體有限公司，20 mol?L?1) 吸附 30 min，再切入 He 吹掃 1 h 至基線平穩(wěn)后從 20 °C 開始以 20 °C?min?1的速率進(jìn)行程序升溫，終止溫度為950 °C。采用質(zhì)譜在線跟蹤離子碎片，m/z：44 (CO2)，32 (O2)，28(CO)，18 (H2O)，16 (O2)。

O2程序升溫脫附(O2-TPD)實(shí)驗(yàn)在自行搭建的TPD-MS (Hiden Analytical QIC-20型四極質(zhì)譜儀)裝置上進(jìn)行。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：稱取1.0 g樣品，在 O2/Ar 體積比為 5/95混合氣(20 mol?L?1)中以 20 °C?min?1的速率升溫至 650 °C處理1 h后在O2/Ar氣氛下降至20 °C并停留1 h，再切入高純 He (20 mol?L?1)吹掃 1 h 至基線平穩(wěn)后從 20 °C 開始以 20 °C?min?1的速率進(jìn)行程序升溫，終止溫度為930 °C。采用質(zhì)譜在線跟蹤離子碎片，m/z：32 (O2)、44 (CO2)、28 (CO)、18 (H2O)、16 (O2)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同方法制備的 Nd2O3上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成考察

我們首先以325 nm激光(5.5 mW)為激發(fā)源，在室溫和空氣氣氛下分別考察了水解、水熱和燃燒法制備的Nd2O3上過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成情況，相關(guān)的Raman譜圖見(jiàn)圖1(a?c)。從圖中可以看出，三種方法制備的Nd2O3表面均可檢測(cè)到位于336、406、438、542、833和1079 cm?1處的Raman譜帶，其中位于336、406和542 cm?1等處的譜峰為立方相Nd2O3的特征峰22,23，位于833 cm?1的譜峰源于光誘導(dǎo)生成的過(guò)氧物種的O―O鍵伸縮振動(dòng)24。位于438 cm?1處的譜峰歸屬于六方Nd2O3的Raman譜帶25,26，而位于1079 cm?1處的Raman譜帶可歸屬于碳酸鹽物種的特征振動(dòng)峰27,28。在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，三種Nd2O3樣品表面經(jīng)激光照射后均能檢測(cè)到位于833 cm?1的過(guò)氧物種O―O鍵伸縮振動(dòng)峰。隨著激光照射時(shí)間的延長(zhǎng)，位于336 cm?1處歸屬于立方Nd2O3晶格氧振動(dòng)的Raman譜帶強(qiáng)度逐漸減弱，而位于833 cm?1處歸屬于過(guò)氧物種的Raman譜帶強(qiáng)度逐漸增加，與此同時(shí)，位于438 cm?1處歸屬于六方Nd2O3的Raman譜帶強(qiáng)度也逐漸增加，這與景孝廉等以325 nm激光照射O2氣氛下的立方Nd2O3所觀察到的現(xiàn)象一致4,7。

圖1 (a)水解(Nd2O3-H)、(b)水熱(Nd2O3-HT)和(c)燃燒(Nd2O3-C)法制備的Nd2O3在室溫和空氣中用325 nm (5.5 mW)激光照射后過(guò)氧物種生成的Raman譜圖以及(d)各樣品上833與336 cm?1譜帶強(qiáng)度比(I833/I336)隨光照時(shí)間的變化Fig.1 Raman spectra of the peroxide formation induced by 325 nm laser (5.5 mW) at 25 °C under air over the Nd2O3 synthesized by (a) hydrolysis (Nd2O3-H), (b) hydrothermal (Nd2O3-HT) and (c) combustion (Nd2O3-C)methods, and (d) the intensity ratio of the Raman peaks at 833 and 336 cm?1 (I833/I336) as a function of photo irradiation time for the above three samples.

值得注意的是經(jīng)30 min光照后，三個(gè)樣品上過(guò)氧譜帶的強(qiáng)度差異較大。為了更清楚地說(shuō)明各樣品上過(guò)氧譜帶的增長(zhǎng)速率，我們以位于833 cm?1處過(guò)氧物種的譜帶強(qiáng)度與位于336 cm?1處立方Nd2O3的譜帶強(qiáng)度之比對(duì)光照時(shí)間作圖來(lái)衡量各樣品表面過(guò)氧譜帶的增長(zhǎng)速率，相關(guān)的結(jié)果見(jiàn)圖1(d)?？梢钥闯鲈谌齻€(gè)樣品中水解法制備的Nd2O3-H上過(guò)氧譜帶的增長(zhǎng)速率最慢，而以燃燒法制備的Nd2O3-C樣品上過(guò)氧譜帶的增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)高于其他兩種方法制備的Nd2O3-H和Nd2O3-HT樣品，說(shuō)明Nd2O3-C樣品更有利于過(guò)氧的光誘導(dǎo)生成。

3.2 樣品的比表面積測(cè)試以及物相和形貌表征

考慮到不同制備方法可能影響樣品的比表面積，相結(jié)構(gòu)和形貌，進(jìn)而影響樣品上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成速率6,7。為探明不同方法制備的Nd2O3樣品上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成速率的差異是否源于樣品的比表面積，相結(jié)構(gòu)和形貌的差異，我們采用低溫 N2吸附、XRD、Raman和SEM等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)相關(guān)樣品進(jìn)行了表征。

表 1列出了水解、水熱和燃燒法制備的Nd2O3的低溫N2吸附表征結(jié)果。各樣品的比表面積均較小，其中水熱法制備的Nd2O3-HT比表面積最大，達(dá)到 13.6 m2·g?1，燃燒法制備的Nd2O3-C比表面積次之，水解法制備的Nd2O3-H比表面積最小，只有 6.7 m2·g?1。顯然 Nd2O3的比表面與其表面過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成速率并沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明 Nd2O3的比表面不是影響過(guò)氧物種生成速率的主要因素。

圖 2為采用水解、水熱和燃燒法制備的Nd2O3的XRD圖。三種方法制備的Nd2O3樣品上均出現(xiàn)了立方相 Nd2O3的衍射峰(2θ =19.72°，27.99°，32.41°，34.43°，38.19°，41.69°，46.42°，50.89°，53.74°，55.06°，56.40°，57.71°，對(duì)應(yīng)的PDF卡片為03-065-3184)。在水解和水熱法制備的樣品上還可檢測(cè)出少量歸屬于六方Nd2O3的衍射峰(2θ = 30.9°，對(duì)應(yīng)的 PDF 卡片為03-065-6729)，且前者上六方Nd2O3含量多于后者，但與立方相相比，六方 Nd2O3的含量要低得多。

為了進(jìn)一步確認(rèn)不同方法制備的 Nd2O3在物相結(jié)構(gòu)上可能存在的差異，我們分別以波長(zhǎng)為325、457、514和633 nm的激光為激發(fā)源對(duì)相關(guān)樣品物相進(jìn)行了Raman光譜表征。為了避免激光照射對(duì)樣品組成或結(jié)構(gòu)(如生成過(guò)氧物種導(dǎo)致樣品向六方相Nd2O3轉(zhuǎn)化等)的影響4,7，我們將攝譜時(shí)照射到樣品表面的激光功率控制在0.1 mW左右，所得結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖中可以看出，采用不同波長(zhǎng)激光所攝取的Raman譜圖十分相似。三種方法制備的 Nd2O3均可在 121、336、406和540 cm?1附近檢出與立方Nd2O3相關(guān)的Raman譜峰，說(shuō)明樣品的主要成分為立方Nd2O3。由水解和水熱法制備的樣品在107、195和438 cm?1附近還可檢出一組強(qiáng)度較弱，可歸屬為六方Nd2O3的Raman譜峰25,26，其中位于107和195 cm?1的Raman譜帶為Nd―O的彎曲振動(dòng)，而位于438 cm?1的Raman譜帶為Nd―O的伸縮振動(dòng)。水解法制備的 Nd2O3樣品上六方相的譜峰強(qiáng)度略高于水熱法制備的樣品。這些結(jié)果與XRD的表征結(jié)果完全一致。在先前的工作中我們發(fā)現(xiàn)，O2氣氛下的立方 Nd2O3在 325 nm的激光照射下可生成過(guò)氧物種。但在相同實(shí)驗(yàn)條件下，六方 Nd2O3上則檢測(cè)不到過(guò)氧物種的生成。造成兩種結(jié)構(gòu)的 Nd2O3上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成性能顯著差異的原因可能是立方相的Nd2O3較六方相含有更多氧空位，因而更有利于對(duì)分子氧的吸附和活化7。然而從三種方法制備的Nd2O3的XRD圖和Raman譜圖可以看出，三個(gè)樣品的主要物相均為立方 Nd2O3，因此依據(jù)XRD和Raman的表征結(jié)果，仍難以說(shuō)明相關(guān)樣品上過(guò)氧物種光誘導(dǎo)生成速率的差異。

圖 2 水解(Nd2O3-H)、水熱(Nd2O3-HT)和燃燒(Nd2O3-C)法制備的Nd2O3的XRD圖Fig.2 XRD patterns of the Nd2O3 synthesized by hydrolysis (Nd2O3-H), hydrothermal (Nd2O3-HT) and combustion (Nd2O3-C) methods.

表1 水解(Nd2O3-H)、水熱(Nd2O3-HT)和燃燒(Nd2O3-C)法制備的Nd2O3的比表面積(ABET)Table 1 BET surface area (ABET) of the Nd2O3 samples synthesized by hydrolysis (Nd2O3-H), hydrothermal(Nd2O3-HT) and combustion (Nd2O3-C) methods.

圖3 (a)水解、(b)水熱和(c)燃燒法制備的Nd2O3的Raman光譜Fig.3 Raman spectra of the Nd2O3 synthesized by (a) hydrolysis, (b) hydrothermal and (c) combustion methods.

圖4 (a)水解、(b)水熱和(c)燃燒法制備的Nd2O3的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of the Nd2O3 synthesized by (a) hydrolysis, (b) hydrothermal and (c) combustion methods.

圖 4為水解、水熱和燃燒法制備的 Nd2O3的SEM照片。從圖中可以看出，三種Nd2O3的形貌差異較大，水解和水熱法制備的 Nd2O3均由不規(guī)整的顆粒堆積而成，其中水熱法制備的Nd2O3粒徑小于水解法，這與其比表面積大于水解法的結(jié)果一致。燃燒法制備的 Nd2O3為片狀結(jié)構(gòu)，尺寸較大，排布也較為松散，這可能與燃燒法15的特點(diǎn)有關(guān)。在燃燒法制備 Nd2O3的過(guò)程中，體系中的甘氨酸與稀土硝酸鹽在空氣中加熱至一定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)并放出的大量氣體，這不僅有助于阻止分解過(guò)程中生成的 Nd2O3顆粒的聚集，也有助于熱量的迅速擴(kuò)散，從而防止產(chǎn)物的燒結(jié)。燃燒過(guò)程結(jié)束后，體系溫度迅速降低，易生成活性高的亞穩(wěn)態(tài)粉末，氧化物上可能出現(xiàn)缺陷集中和非平衡物相29，這些因素都有可能影響稀土氧化物的表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其表面過(guò)氧物種的生成速率。

3.3 CO2-和O2-TPD表征

鑒于稀土倍半氧化物(Ln2O3)表面過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成本質(zhì)是分子氧在光照條件下對(duì)Ln2O3晶格氧的氧化，因此稀土氧化物表面晶格氧性質(zhì)是影響過(guò)氧生成的重要因素之一3,4,7。先前研究表明，隨著鑭系元素原子序數(shù)的增加，晶格氧的堿性逐漸下降，分子氧與稀土倍半氧化物晶格氧反應(yīng)生成過(guò)氧物種的難度逐漸加大4。研究還發(fā)現(xiàn)，在激光的誘導(dǎo)下，Ln2O3表面和體相的晶格氧均可參與過(guò)氧的生成，與六方相的 Ln2O3相比，含較多氧空位的立方相Ln2O3更有利于過(guò)氧物種的生成4,5,7，說(shuō)明晶格氧所處的微環(huán)境也是影響過(guò)氧光誘導(dǎo)生成的重要因素。為了確認(rèn)三種方法合成的立方 Nd2O3上晶格氧性質(zhì)是否存在差異，我們對(duì)相關(guān)樣品進(jìn)行CO2-和O2-TPD表征。

圖 5為三種方法制備的立方 Nd2O3的CO2-TPD表征結(jié)果?？梢钥闯鲈谒疾斓臏囟确秶鷥?nèi)(20?950 °C)，各樣品的 CO2-TPD 圖上都出現(xiàn)了兩至三個(gè)較強(qiáng) CO2脫附峰，對(duì)應(yīng)于樣品上不同強(qiáng)度的堿中心。其中，位于400 °C附近的低溫脫附峰對(duì)應(yīng)于樣品表面中等強(qiáng)度的堿中心，位于800 °C以上的高溫脫附峰，對(duì)應(yīng)于樣品表面的強(qiáng)堿中心30?32。不同方法制備的立方Nd2O3樣品的低溫脫附峰溫均在408 °C附近，但 Nd2O3-C的高溫脫附峰溫高于其他兩個(gè)樣品，說(shuō)明其表面晶格氧的堿性強(qiáng)于水解和水熱法制備的 Nd2O3，在與分子氧的反應(yīng)過(guò)程中較易于給出電子，進(jìn)而有利于過(guò)氧物種的生成。在水解和水熱法制備的 Nd2O3中，后者晶格氧的堿性強(qiáng)于前者，因而更有利于過(guò)氧的生成，這與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的兩者上過(guò)氧光誘導(dǎo)生成的相對(duì)速率(圖1)也是一致的。

圖5 水解(Nd2O3-H)、水熱(Nd2O3-HT)和燃燒(Nd2O3-C)法制備的Nd2O3的CO2-TPD圖Fig.5 CO2-TPD profiles of the Nd2O3 synthesized by hydrolysis (Nd2O3-H), hydrothermal (Nd2O3-HT) and combustion (Nd2O3-C) methods.

圖6 水解(Nd2O3-H)、水熱(Nd2O3-HT)和燃燒(Nd2O3-C)法制備的Nd2O3的O2-TPD圖Fig.6 O2-TPD profiles of the Nd2O3 synthesized by hydrolysis (Nd2O3-H), hydrothermal (Nd2O3-HT) and combustion (Nd2O3-C) methods.

圖6給出了相關(guān)樣品的O2-TPD表征結(jié)果。各樣品上均可檢出三組 O2脫附峰，分別位于314?357 °C、480?548 °C 以及 690?735 °C，但在水解和水熱法制備的 Nd2O3樣品上，后兩組峰的強(qiáng)度較弱。參考相關(guān)文獻(xiàn)33?36可將O2-TPD譜中脫附峰溫低于600 °C的物種歸屬為吸附于樣品表面的分子態(tài)和原子態(tài)氧物種，如O2，O2?，O22?和 O?等，將脫附峰溫位于 690?735 °C 物種歸屬于樣品表面晶格氧物種的脫附。Huang等37在采用 TPD-MS技術(shù)考察 La2O3上氧物種的脫附時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)700 °C通O2預(yù)處理后的La2O3僅在344 °C處檢出一組O2脫附峰，這一結(jié)果與本文中水解和水熱法制備的立方 Nd2O3的O2-TPD譜類似。Jiang等38采用類似的實(shí)驗(yàn)手段考察了5%La2O3/γ-Al2O3上氧物種的脫附，發(fā)現(xiàn)經(jīng) 500 °C通 O2預(yù)處理后的樣品在 540和695 °C處分別可檢測(cè)到兩個(gè)O2脫附峰。顯然將稀土倍半氧化物分散于γ-Al2O3載體表面后有利于生成更多低配位表面晶格氧物種。在本文所考察的三種不同方法制備的立方 Nd2O3中，燃燒法制備的樣品表面晶格氧脫附峰面積顯著高于其他兩種方法制備的立方 Nd2O3，且表面晶格氧的脫附峰溫也低于其他兩種方法制備的樣品，說(shuō)明燃燒法制備的立方 Nd2O3表面含有更多配位不飽和的晶格氧物種，因而更有利于在光誘導(dǎo)下與分子氧反應(yīng)生成過(guò)氧物種。

4 結(jié) 論

采用水解、水熱和燃燒法制備了三種Nd2O3樣品。XRD和Raman光譜測(cè)試結(jié)果表明，三種樣品的主要物相均為立方 Nd2O3，但燃燒法制備的樣品純度最高，其他兩種方法制備的Nd2O3中均含有少量六方Nd2O3物相。在空氣中經(jīng)325 nm激光照射后，三種樣品表面均可檢測(cè)到過(guò)氧物種的生成，但在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，燃燒法制備的立方 Nd2O3上過(guò)氧物種的光誘導(dǎo)生成速率顯著高于其他兩種方法制備的樣品。O2-和CO2-TPD的表征結(jié)果表明，與水解和水熱法制備的立方 Nd2O3相比，燃燒法制備的樣品表面含有更多低配位的晶格氧物種，晶格氧的堿性也更強(qiáng)，因而更有利于在光誘導(dǎo)下與分子氧反應(yīng)生成過(guò)氧物種。

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Effect of Preparation Methods on Photo-Induced Formation of Peroxide Species on Nd2O3

WU Qian WENG Wei-Zheng＊LIU Chun-Li HUANG Chuan-Jing XIA Wen-Sheng WAN Hui-Lin＊
(State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid State Surfaces, National Engineering Laboratory for Green Chemical Productions of Alcohols-Ethers-Esters, Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering,Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian Province, P. R. China)

Three Nd2O3samples with cubic phase being the main component phase, denoted as Nd2O3-H, Nd2O3-HT, and Nd2O3-C, were synthesized by hydrolysis, hydrothermal, and combustion methods, respectively. A comparative study of the photo-induced formation of peroxide species on the three Nd2O3samples was carried out using Raman spectroscopy with a 325 nm laser as the excitation source. After irradiation with the laser of the Raman spectrometer at room temperature in air, peroxide species was detected in all Nd2O3samples. However, the rate of peroxide formation over Nd2O3-C was much greater than that over the other two samples. This observation can be explained by the differences in the structure and basicity of the surface lattice oxygen (O2?) species of the samples. As evidenced by the results of O2- and CO2-temperature-programmed desorption (TPD) characterizations, the Nd2O3-C sample contains greater number of surface lattice oxygen (O2?) species with low coordination numbers than the other two samples. Moreover, the basicity of the surface O2?species in Nd2O3-C is stronger than that in the Nd2O3-H and Nd2O3-HT samples. Both these factors are in favor of the reaction of lattice oxygen with molecular oxygen to generate peroxide species under photo irradiation.

Nd2O3; Preparation method; Photo-induced; Peroxide species; Lattice oxygen

February 27, 2017; Revised: April 24, 2017; Published online: May 10, 2017.

O647

10.3866/PKU.WHXB201705103 www.whxb.pku.edu.cn

＊Corresponding authors. WENG Wei-Zheng, Email: wzweng@xmu.edu.cn. WAN Hui-Lin, Email: hlwan@xmu.edu.cn; Tel: +86-592-2185192.

The project was supported by the National Key Basic Research Program of China (973) (2013CB933102), National Natural Science Foundation of China(21173173, 21473144), and Program for Innovative Research Team in University, China (IRT?14R31).

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(973) (2013CB933102), 國(guó)家自然科學(xué)基金(21173173, 21473144)和教育部創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(IRT?14R31)資助

? Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica