MIL-88B热解制备磁性纳米复合材料及其催化醇氧化性能的研究

发布时间：2017-08-29 02:29

  本文关键词：MIL-88B热解制备磁性纳米复合材料及其催化醇氧化性能的研究

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【摘要】：金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种新型的无机-有机杂化多孔材料,这种材料因其具有高的比表面,形状和结构的多样性以及灵活可变的孔隙等特点,近年来越来越受到研究者的广泛关注和研究从而得到较快速的发展。随着研究的不断深入,科研人员发现利用MOFs高温易分解的事实即可将MOFs材料本身作为牺牲模板,通过热解的方法制备稳定的纳米多孔碳材料,幸运的是该类材料在电化学,气体的吸附及分离,传感器等方面都有较好的应用,然而目前为止将材料作为非均相催化剂催化液相有机反应的研究还比较少。因此本论文的研究就是利用上述方法开展的,由于MOFs组成中金属中心被大量的有机配体连接并且分散,这样高温煅烧MOFs材料时,随着热分解的进行有机配体不断的被碳化同时很好的阻隔金属或者金属氧化物颗粒的团聚,最终期望得到分散均匀的催化颗粒,探讨上述制备的材料作为非均相催化剂催化液相有机反应的应用。本文选择非贵金属基材料-MIL-88B作为牺牲模板,在氩气惰性气体中高温一步直接煅烧制备磁性纳米材料。利用元素分析,X-射线粉末衍射,比表面及孔径分析仪,X光电子光谱分析仪,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等一系列表征方法对制备的磁性纳米材料进行组成、结构以及物理化学性质分析。研究结果表明该材料主要由磁性Fe3O4和石墨炭组成,磁性纳米颗粒均匀的分布在材料表面并且其颗粒粒径随着煅烧温度的升高而增大。本文研究了制备的磁性纳米复合材料对醇选择性氧化反应的催化性能。由于醇氧化生成单一的醛或者酮的反应在有机合成、精细化工等领域具有重要的作用,因此寻找能够选择性催化醇氧化反应的催化剂显得尤为重要。可喜的是研究人员发现大多数贵金属(如Au,Pd,Pt)等催化剂在催化该类反应时表现出了较高的选择性及活性,但是该体系成本较高并且贵金属储量有限。因此一些研究者试图研究非贵金属催化剂,但是这类催化剂往往需要大量的强氧化剂或者碱性助剂,然而反应的选择性或者活性并不理想,反应的底物适用性也不如贵金属催化反应体系。结果表明,上述方法制备的磁性纳米材料在较温和条件下(不加碱、水作为溶剂)催化一级和二级醇(包括芳香醇、杂环醇以及脂肪醇)都表现出很高的活性和选择性。研究发现在所有制备的材料中600℃煅烧MOFs制备的催化剂具有最高的催化效果,分析原因我们得出是由于该温度下制备的材料其具有最适宜的比表面积和催化颗粒粒径。此外,我们进一步研究了催化剂循环利用实验以及催化剂流失实验,结果表明催化剂循环利用4次之后仍然保持很好的催化活性及选择性,并且在反应过程中催化活性成分没有发生迁移或者流失,整个反应是非均性催化过程。本文通过简单的将MIL-88B一步煅烧的方法制备磁性纳米材料并用于催化液相有机反应,实验证明该方法制备的催化剂具有良好的选择性催化醇氧化反应的性能,该结果可能为选择性催化有机反应的催化剂的寻找和研究提供一条新途径。
【关键词】：MIL-88B 磁性纳米材料 非均相催化 选择性醇氧化反应 热解
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 金属有机骨架(MOFs)材料的简介11-21
• 1.1.1 MOFs材料的概述与发展11-13
• 1.1.2 MOFs材料常用的合成方法13-14
• 1.1.3 MOFs 材料的特点14-16
• 1.1.4 MOFs材料的应用16-21
• 1.2 MOFs衍生材料的分类及制备21-22
• 1.3 MOFs作为牺牲模板煅烧制备的衍生材料及其应用22-25
• 1.3.1 电化学材料应用23
• 1.3.2 电催化应用23-25
• 1.3.3 非均相催化反应应用25
• 1.4 醇氧化反应现状及面临的问题25-26
• 1.5 本论文的研究思路及研究内容26-29
• 1.5.1 本论文的研究思路及创新之处26-28
• 1.5.2 本论文的主要研究内容28-29
• 第二章 实验试剂和实验仪器29-39
• 2.1 实验试剂29-30
• 2.2 实验仪器30-31
• 2.3 测试材料仪器的操作原理31-39
• 2.3.1 X-射线粉末衍射分析仪（XRD）31-32
• 2.3.2 原子吸收分光光度计（AAS）32-33
• 2.3.3 元素分析仪33-34
• 2.3.4 比表面积和孔径分析仪34-35
• 2.3.5 热重分析仪（TG）35
• 2.3.6 场发射扫描电子显微镜（SEM）35-36
• 2.3.7 透射电子显微镜（TEM）36-37
• 2.3.8 X射线光电子能谱仪（XPS）37
• 2.3.9 气质联用仪（GC-MS）37-39
• 第三章 MIL-88B作为牺牲模板煅烧制备磁性纳米复合衍生材料及其表征39-52
• 3.1 MIL-88B作为牺牲模板煅烧制备纳米复合材料39-41
• 3.1.1 合成MIL-88B晶体39-40
• 3.1.2 不同煅烧温度下制备的纳米复合材料40-41
• 3.2 煅烧制备的纳米复合材料的元素组成和结构分析41-44
• 3.2.1 煅烧制备的纳米复合材料的元素组分分析41-42
• 3.2.2 煅烧制备的纳米复合材料的结构分析42-43
• 3.2.3 X射线光电子能谱分析43-44
• 3.3 不同煅烧温度制备的纳米复合材料的催化性能测试44-45
• 3.4 煅烧制备的纳米复合材料的表征45-50
• 3.4.1 材料的比表面积和孔结构分析45-48
• 3.4.2 扫描电子显微镜分析48-49
• 3.4.3 透射电子显微镜分析49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 磁性纳米催化剂选择性催化醇氧化52-62
• 4.1 引言52-53
• 4.2 催化反应条件的优化53-55
• 4.2.1 溶剂对反应体系的影响53-54
• 4.2.2 温度与时间对反应体系的影响54-55
• 4.2.3 选定反应体系条件55
• 4.3 芳香和脂肪醇的底物适用性研究55-58
• 4.4 催化剂稳定性实验探究58-61
• 4.4.1 催化剂重复利用实验58-60
• 4.4.2 催化剂滤出实验60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80

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本文编号：750864