钴、锌氧化物纳米复合材料的制备及其CO催化氧化性能的研究

发布时间：2018-01-04 05:24

  本文关键词：钴、锌氧化物纳米复合材料的制备及其CO催化氧化性能的研究　出处：《山东大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 单晶 掺杂 ZnO 多孔纳米片 高分散性 Co_3O_4 一氧化碳催化氧化

【摘要】：催化剂对于人类的生产和生活发挥着巨大的作用,在化工生产,研究实验和各种生命活动中,催化剂都得到了广泛的应用。无论是科学理论研究,还是在工业生产,高效的工业合成和清洁能源的开发利用,在提高人类经济效益和保护生存环境等方面有广阔的发展前景,而这一切都离不开催化剂。中国工业催化剂种类可分为石油炼制催化剂,无机催化剂,有机化工催化剂,环境保护催化剂和其他催化剂。其中,无机催化剂在非均相催化反应中得到了很大应用,例如气体净化,工业废水降解,烷基化反应和工业费托反应等。近几年来,纳米材料应用到催化领域已经引起了科学家和研究者的高度关注,由于纳米材料的高比表面,小颗粒尺寸和高暴露晶面等特征,比普通非纳米级催化剂具有更高的催化效率。ZnO作为一种无机纳米材料,由于其形貌和晶面易调控,对开发功能性材料发挥了极大的作用,在催化、压电器件、传感器、太阳能电池等领域都得到了重要的应用。此外,通过金属或氧化物掺杂,半导体异质复合,材料表面功能化修饰等方法对纳米ZnO性能的进一步开发提供了广阔的发展前景。本文通过尿素水热法制备了单晶多孔ZnO纳米片并对其进行过渡金属元素掺杂,研究了掺杂前后ZnO的晶体学变化。此外,我们利用碱式碳酸锌和ZnO的双模板作用,开发了一种两步水热法合成了分散性好,小尺寸(～5 nm)的Co3O4纳米颗粒负载单晶多孔ZnO纳米片的复合材料,并应用到一氧化碳催化反应中。论文研究内容归纳如下：1、利用尿素水热法合成了单晶多孔ZnO纳米片,并且,通过一步水热过程制备了四种过渡金属元素Mn, Co, Ni和Cu掺杂ZnO的实验。研究了掺杂前后ZnO的晶体学变化和掺杂元素的存在形态,掺杂后XRD衍射峰的偏移和电子衍射晶格间距存在变化,推测是由于过渡金属的晶格占据,导致了ZnO晶格膨胀或缩小,进而会影响ZnO的晶体学性质。其中Ni对多孔ZnO纳米片的掺杂,区域性改变了ZnO的单晶状态。2、利用水锌矿[Zn5(CO3)2(OH)6]前驱体和单晶多孔ZnO纳米片的双模板作用,合成了具有外延生长关系的C0304负载的ZnO复合材料。C0304的(220)和(311)晶面分别沿着ZnO的(110)和(112)晶面平行外延生长。因为这种生长关系的存在,导致Co3O4纳米颗粒稳定的分布在ZnO载体表面。通过高倍透射电子显微镜观察,Co3O4纳米颗粒均匀分散在多孔ZnO纳米片的表面,且颗粒大小均匀(5 nm左右)。整个合成过程无需任何表面活性剂或有机溶剂,绿色无污染,制备的这种复合材料应用到一氧化碳催化氧化上表现了增强的催化性能。
[Abstract]:Catalysts play an important role in the production and life of human beings. They have been widely used in chemical production, research experiments and various life activities, both in scientific and theoretical research. Still in industrial production, efficient industrial synthesis and clean energy development and utilization, in improving human economic benefits and protection of the living environment and other aspects of broad prospects for development. Chinese industrial catalysts can be classified into petroleum refining catalyst, inorganic catalyst, organic chemical catalyst, environmental protection catalyst and other catalysts. Inorganic catalysts have been widely used in heterogeneous catalytic reactions, such as gas purification, industrial wastewater degradation, alkylation and industrial Fischer reaction. The application of nanomaterials in the field of catalysis has attracted great attention of scientists and researchers due to the characteristics of high specific surface, small particle size and high exposed crystal surface of nanomaterials. As a kind of inorganic nano-material, ZnO has higher catalytic efficiency than ordinary non-nanometer catalyst, because its morphology and crystal plane are easy to control, it plays a great role in the development of functional materials. Piezoelectric devices, sensors, solar cells and other fields have been important applications. In addition, semiconductor heterostructures are fabricated by doping metal or oxide. The surface functionalization of materials provides a broad prospect for the further development of the properties of nanometer ZnO. In this paper, single crystal porous ZnO nanocrystals were prepared by urea hydrothermal method and the transition metal elements were used to prepare the monocrystalline porous ZnO nanocrystals. Doped. The crystallographic changes of ZnO before and after doping were studied. In addition, a two-step hydrothermal method was developed to synthesize ZnO with good dispersion by using the double templates of basic zinc carbonate and ZnO. The Co3O4 nanoparticles loaded with single crystal porous ZnO nanocomposites were applied to the catalytic reaction of carbon monoxide. The research contents in this paper are summarized as follows: 1. Single crystal porous ZnO nanocrystals were synthesized by urea hydrothermal method. Four transition metal elements MnCo were prepared by one step hydrothermal process. The experimental results of Ni and Cu doped ZnO. The crystallographic changes of ZnO and the morphology of doped elements before and after doping were studied. The shift of XRD diffraction peak and the lattice spacing of electron diffraction were also studied. It is speculated that the lattice of ZnO expands or shrinks due to the lattice occupation of transition metals, which will affect the crystallographic properties of ZnO. Among them, Ni doped porous ZnO nanocrystals. The region changed the single crystal state of ZnO. 2, using wurtzite. [Zn5(CO3)2(OH)6] the double template effect of precursor and single crystal porous ZnO nanocrystals. The epitaxial growth relationship of C0304 supported ZnO composites. C0304 (N220) and C311) have been synthesized, respectively, along the crystal planes of ZnO. Parallel epitaxial growth of crystal planes. Because of the existence of this growth relationship. The results show that the Co3O4 nanoparticles distribute stably on the surface of the ZnO carrier and the Co _ 3O _ 4 nanoparticles are uniformly dispersed on the surface of the porous ZnO nanoparticles by high power transmission electron microscopy. And the particle size is about 5 nm, the whole synthesis process does not need any surfactant or organic solvent, green no pollution. The composite material showed enhanced catalytic performance in the catalytic oxidation of carbon monoxide.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB33

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐伟家;导电纳米复合材料[J];合成材料老化与应用;2001年02期

2 李兴田;聚酰胺6纳米复合材料的新进展[J];化学工业与工程技术;2001年02期

3 李淑玉;导电纳米复合材料[J];建材工业信息;2001年10期

4 ;可溶性纳米复合材料[J];技术与市场;2001年04期

5 钱红梅,郝成伟;粘土/有机纳米复合材料的研究进展[J];皖西学院学报;2002年02期

6 王珂,朱湛,郭炳南;聚对苯二甲酸乙二醇酯/蛭石纳米复合材料的制备[J];应用化学;2003年07期

7 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期

8 金延;纳米复合材料及应用[J];金属功能材料;2004年06期

9 ;美国纳米复合材料需求将增长[J];橡塑技术与装备;2008年03期

10 赵中坚;王强华;;汽车中的纳米复合材料:研究活动及商业现状[J];玻璃钢;2008年01期

相关会议论文 前10条

1 肖红梅;杨洋;李元庆;郑斌;付绍云;;功能纳米复合材料研究进展[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（上册）[C];2008年

2 葛岭梅;周安宁;李天良;曲建林;;矿物纳米复合材料的研究进展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

3 马永梅;;塑料/膨润土纳米复合材料市场应用[A];2003年中国纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2003年

4 陈洁;徐晓楠;杨玲;;纳米复合材料的阻燃研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

5 赵海波;徐波;王俊胜;王玉忠;;主链含磷阻燃共聚酯/硫酸钡纳米复合材料的研究[A];2009年中国阻燃学术年会论文集[C];2009年

6 张忠;;多级次多尺度纳米复合材料力学性能研究[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年

7 卢小泉;;基于纳米复合材料的电化学生物传感器[A];第六届海峡两岸分析化学会议摘要论文集[C];2010年

8 周安宁;杨伏生;曲建林;李天良;葛岭梅;;矿物纳米复合材料研究进展[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

9 上官文峰;;纳米复合材料的构筑及其光催化性能[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年

10 林鸿福;;加速聚合物/粘土纳米复合材料的产业化进程[A];浙江省科协学术研究报告——浙江优势非金属矿产资源的开发利用研究论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 宋玉春;纳米复合材料能否风行？[N];中国石化报;2005年

2 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年

3 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年

4 渤海投资 周延;武汉塑料 突破60日均线压制[N];证券时报;2004年

5 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和市场[N];中国包装报;2008年

6 华凌;纳米复合材料提升自充电池性能[N];中国化工报;2014年

7 塑化;聚合物系纳米复合材料发展前景广阔[N];国际商报;2003年

8 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和包装应用[N];中国包装报;2008年

9 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年

10 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 李念武;锂硫二次电池用碳基含硫正极材料的研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 夏雷;尼龙6及其纳米复合材料的热氧稳定性研究[D];浙江大学;2013年

3 杜青青;高效荧光碳点合成及其功能复合材料研究[D];山东大学;2015年

4 刘江涛;四种纳米复合材料的制备及其电化学和电化学传感研究[D];西北大学;2015年

5 李苏原;SnO_2/C纳米复合材料的制备及其储锂性能研究[D];兰州大学;2015年

6 杨丹丹;聚合物/α-磷酸锆纳米复合材料的制备及阻燃与炭化机理研究[D];中国科学技术大学;2008年

7 孙斓珲;聚合物基纳米复合材料及织物增强纳米复合材料的制备及性能研究[D];复旦大学;2010年

8 葛春华;聚对苯二甲酸乙二酯/重晶石纳米复合材料的制备与性能研究[D];上海大学;2010年

9 赫玉欣;EVA-g-PU/OMMT/SBR纳米复合材料的研究[D];陕西科技大学;2009年

10 蔡水洲;铜/低密度聚乙烯纳米复合材料在模拟宫腔液中的腐蚀行为及其对铜离子的控释[D];华中科技大学;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 易华玉;纳米复合材料和酶放大构建凝血酶电化学适体传感器的研究[D];西南大学;2015年

2 于丹;BaTiO_3基介电陶瓷和纳米复合材料的制备及性能研究[D];浙江大学;2015年

3 王超;PVC纳米复合材料的制备及其性能研究[D];河北大学;2015年

4 谭丽莎;功能化磁性纳米复合材料的制备及其对Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的选择性去除研究[D];浙江大学;2015年

5 杜青;锆基纳米复合材料深度净化水体中的微量重金属[D];燕山大学;2015年

6 王正奇;硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质研究[D];陕西科技大学;2015年

7 明洪涛;TiO_2/Au核壳纳米复合材料的制备及其光学性质研究[D];东北师范大学;2015年

8 赵元旭;多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能研究[D];郑州大学;2015年

9 孙艺铭;金/碳纳米复合材料生物传感器检测多药耐药基因MDR1及其表达蛋白ABCB1的实验研究[D];福建医科大学;2015年

10 陈亚;基于碳纳米复合材料及β-环糊精对手性小分子识别研究[D];西南大学;2015年

，

本文编号：1377248