La掺杂与孔径调控对过渡氧化铝(γ-Al2O3)热稳定性的协同机制研究

本文系统探究了La掺杂与孔径协同调控对过渡氧化铝（γ-Al2O3）热稳定性的影响机制，通过多尺度表征（XRD、XPS、NMR等）揭示La原子级分散对相变抑制的作用，为高温催化剂载体（如TWC）的设计提供关键理论依据。

　　

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Materials synthesis and aging treatments

三种具有不同平均孔径（10.6 nm、16.1 nm和32.8 nm）的γ-Al₂O₃材料（分别命名为Al₂O₃-I、II和III）由国家稀土催化研究院（中国东营）提供。实验采用试剂级La(NO₃)₃·6H₂O（99%）和Al(NO₃)₃·9H₂O（99%），通过等体积浸渍法将La负载至氧化铝载体，经干燥和高温焙烧后获得La掺杂样品。

Effects of pore diameter on thermal stability of pure γ-Al₂O₃ samples

图1展示了三种纯γ-Al₂O₃样品在1100°C老化10小时后的X射线衍射（XRD）图谱。未老化样品均显示纯γ相，而老化后出现显著差异：孔径最小的Al₂O₃-I完全转变为α相，Al₂O₃-II呈现α与θ混合相，Al₂O₃-III则保留θ与δ混合相。这表明小孔径氧化铝在高温下更易发生相变，因其孔结构坍塌所需的质量迁移能垒较低。

Conclusions

尽管长期以来已知孔径结构与La/Ce掺杂均影响过渡氧化铝的热稳定性，但La在原子尺度的作用机制与孔径的协同效应尚未明确。本研究明确揭示：

（1）无La掺杂时，孔径越小，热稳定性越差；

（2）La掺杂在1100°C可缓解孔径差异带来的稳定性差异，但在1200°C时该效应再度显现；

（3）起保护作用的La物种以原子级分散形式占据氧化铝表面缺陷位，而非以La₂O₃或LaAlO₃团聚体形式存在；

（4）高温下La向体相扩散导致其稳定功能失效。