氧缺陷纳米材料的合成及其在有机催化中的应用

发布时间：2020-10-29 09:51

　　 氧空位是一种很常见的点缺陷,其存在可以改变材料表面的很多性质,如电子运输性能、几何和电子结构等表面性质、催化剂的活性和选择性等,因此,准确的检测氧空位的存在、从微观层次上对氧空位在材料中作用的进行深入的理解以及合理的引入氧空位,对材料的性能提升和改善有着非常重要的作用。本论文主要是关于氧缺陷金属氧化物材料的设计、合成和其催化性能进行了深入研究。具体内容如下:采用一种简便的氢气热还原方法,在Pr6011载体上均匀的负载上钯纳米粒子。使用对硝基苯酚加氢以及苯乙烯加氢反应作为模型反应以评估催化效率。通过XPS和EPR分析证实氧化镨载体中含有丰富的氧空位,可以充当电子供体增加钯颗粒的电子密度,并有利于反应物的吸附和活化,提高催化效率。结果显示,在室温、一个大气压的氢气条件下,该催化剂的苯乙烯加氢的转换频率值高达每小时8957.7,对硝基苯酚还原速率常数值为每秒0.0191。此外,催化剂可以回收并重复使用多达10个连续循环而没有明显的活性损失。在未使用任何表面包裹的活性剂的条件下,提出了一种通用的一步无模板法的化学转化策略,制备合成出了多功能的介孔三元金属氢氧化物。首先选择原始实心的ZnSn(OH)6纳米立方块作为起始材料,并将其转化为介孔材料,转化后的材料具有高达369 m2 g1的比表面积。经XPS和EPR分析表明溶剂热后获得的材料中含有大量的氧空位,所以以苄胺选择性需氧氧化反应为模型反应,考察了所合成的介孔催化剂的光催化活性和稳定性。结果显示在室温以及1 atm O2的条件下,该催化剂具有高效的苄胺氧化性能。而且,我们还测试了各种胺衍生物的需氧氧化反应活性,以验证其广泛的底物适应性。最重要的是,该方法可成功的用于合成其他的介孔三元金属氢氧化物,比如介孔结构的CuSn(OH)。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;O643.36
【部分图文】：

［Ｍ］而空位是一种非常重要和常见的点缺陷，指的是理想晶体中，原??本应该被占据的格点现在却空着。用Ｖａｃａｎｃｙ单词中的第一个字母Ｖ来表示，??如图１．１所示，以某离子晶体氧化物Ｍ０为例，若Ｍ２＋空位，则晶体中多了两个??负电荷，表示为Ｖ；若０２空位，则晶体中多了两个正电荷，表示为Ｖ。＇若看??到表示为Ｖ３ＤＶＸ的空位，则表示的是原子空位。可以按照空位的情形将其分为??２??

的高效光催化剂。Ｌｉｕ等报道了一种具有氧空位的Ｂｉ２Ｗ０６纳米片，其中氧空位能??够提高费米能级并降低能带边，允许在近红外激发下进行带间跃迁和载流子产??生，因此提高了太阳能的利用率。［２３］如图１．３所示，Ｓｉｍ等报道了一种具有氧??缺陷的金红石结构的Ｔｉ０２纳米棒材料，并研宄了其光催化活性。以０２是一种应??用最为广泛的光催化剂半导体材料，然而其带隙宽，所以只能对紫外激发有响??应，而紫外光在太阳光中所占低于５％，大大降低了太阳能的利用率。另一方面，??１＾０２中光生电子和空穴对复合速率非常快，热电子扩散速率慢，因此限制了?Ｔｉ０２??的实际应用。而引入氧空位后，其光催化性能远优于满足化学定比定律的Ｔｉ０２??纳米棒，原因是缺陷能够帮助电荷分离，也就是光生电子或空穴能够被氧空位??捕获，因此降低电荷复合速率，而且氧空位还能提高载流子密度，增加导电性，??进而提高材料的光催化性能。［２４］除此之外

Ｐ－Ｍ〇Ｚ＾＾＊％＾?—■?？?？?Ｗ??图１．２?Ｐ－Ｍ〇０３－Ｘ纳米片制备过程。??１．２．?２光催化剂中的氧空位??太阳能是一种可以随意使用、清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的资源，??因此太阳能一直被认为是世界上最有前途和应用价值的可再生能源之一。想要??利用太阳能，则必须有能够捕获吸收从紫外线到近红外波长的光谱的高效的半??导体光催化剂。而氧空位的引入能够改变光催化剂的光催化活性和光响应活性，??进而提高材料的光催化性能。目前，有很多科研工作者制备合成了具有氧空位??的高效光催化剂。Ｌｉｕ等报道了一种具有氧空位的Ｂｉ２Ｗ０６纳米片，其中氧空位能??够提高费米能级并降低能带边，允许在近红外激发下进行带间跃迁和载流子产??生，因此提高了太阳能的利用率。［２３］如图１．３所示，Ｓｉｍ等报道了一种具有氧??缺陷的金红石结构的Ｔｉ０２纳米棒材料
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本文编号：2860733