负载型钯纳米催化剂的制备、处理及在催化反应中的应用

发布时间：2020-07-03 10:11

【摘要】：催化材料在整个人类社会发展过程中发挥了重要的作用,全球约35%的GDP以及90%的化学产品依赖于催化过程。在催化材料中,贵金属催化剂在石油炼制、化工原料、低毒农药、人工化肥、汽车尾气吸收等方面发挥着积极的作用。但现有的贵金属催化剂存在着价格昂贵、资源有限、制备过程繁琐等诸多问题。因此如何制备性能优异的贵金属催化剂是材料制备及催化领域的一个重要的研究课题。目前研究人员主要从两个方面设计和制备性能优异的贵金属催化剂,一是可控制备具有特定形貌的贵金属纳米催化剂;二是寻求具有特殊结构和性质的载体,将金属均匀的分散在载体孔道内部或者表面,从而节约贵金属用量,节省催化剂的成本,甚至还可以利用载体的活性中心与金属的相互作用,在进一步提高催化剂的活性。因此本论文,主要从提高催化剂性能和探索新型复合催化剂两个角度出发。通过研究具备特定形貌的钯(Pd)金属纳米晶和酸改性后的碳纳米管(CNTs)制成负载型的催化剂,通过一种简单的绿色环保的处理催化剂的方法调控特殊形貌的钯(Pd)纳米粒子表面的活性剂从而显著提高Pd/CNTs催化剂的性能;另外利用浸渍法制备二维碳化钛负载钯(Pd/MXene)的负载型催化剂,考察了光照与非光照条件下对于Pd/MXene金属纳米催化剂性能的影响。从而根据催化剂性能表现探索并制备新型的更加高效的催化剂用于Suzuki偶联反应,以下是具体研究结果:(1)以氯钯酸钠溶液为前驱体,利用胶体法制备了具有特殊形貌的钯立方体(Pd-Cube)和钯八面体(Pd-Octahedra)纳米晶,然后通过浸渍法将其负载到硝酸改性后的碳纳米管载体上。对于胶体法合成的特定形貌的金属纳米粒子,通常需要用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂来阻止金属纳米粒子团聚。然而对于催化反应,这种表面活性剂是有害的,它会严重覆盖钯纳米晶表面活性位点,进而严重影响钯纳米晶的催化性能。我们使用了不同的溶剂,例如不同浓度的硝酸、蒸馏水,通过控制温度、时间等条件,发现利用该方法不仅能够高效的除去钯金属纳米晶表面的活性剂,同时还能够较好的保持钯金属纳米晶原有的形貌和结构。同时我们用Suzuki反应作为探针反应,进一步证明这种环保的高压水蒸气处理方法可以显著的提升钯纳米晶催化Suzuki反应的性能。(2)通过TEM表征探究了纳米晶体在经过处理后形貌的变化,为了进一步说明形貌对于金属纳米材料在催化过程中的影响,我们对比了钯立方体纳米晶和钯八面体纳米晶催化剂的催化性能上的差异,发现钯立方体纳米催化晶的催化性能要显著高于钯八面体纳米晶的催化性能;继续探究了高压水蒸气处理的办法对于钯八面体的适用性,在完全除去表面活性剂的情况下钯纳米立方体的催化性能优于钯八面体。(3)考察二维碳化钛(Mxene)对负载型Pd纳米催化剂的影响,通过浸渍的方法制备了Pd/MXene负载型催化剂,在弱碱性的条件下,制备的钯催化剂尺寸偏小、均一、分散性良好,通过氢气还原处理之后,我们将其用于Suzuki反应,在反应中我们根据MXene的自身具有光热转化的特点,引入光源作为外在条件,在已有的优化条件的基础上,用气相色谱对碳碳偶联催化反应的产物进行检测,检测结果表明,在光照的条件下,催化剂的催化性能得到了显著的提升。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1
【图文】：

图 1-1 金属纳米颗粒的成核及生长示意图大量研究者的成果可以得到钯金属与其他诸多金属一样，金属纳程主要包括以下三个阶段，成核阶段、晶核沉积变为晶种阶段、形成纳米晶体阶段[21,22]。成核阶段的晶核的晶种类型决定了纳米。通过充分了解晶体的生长过程，我们能够更好的通过热力学及来控制晶体的合成及结构生长变化。我们充分了解到，成核过程还原成金属原子，粒子达到一定过饱和的浓度的时候，就会团聚成核过程结束后胶体溶液中剩余金属原子会继续在沉积；粒子形决于晶种生长，它主要由表面能的高低，热力学等参数决定。我粒子优先在表面能大的晶面，一般高指数面的表面能较大，生会先于低指数晶面消失，而低指数面裸露在外面，从而形成低指，因此低指数晶面的催化剂例如钯立方体、钯八面体更容易制备学调控、动力学调控及氧化刻饰等原理[23]，研究工作者们依旧多样的高指数晶面的钯纳米金属粒子。

金属纳米材料可控合成现状

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本文编号：2739526