碳基复合物的制备及其催化氨硼烷水解研究

发布时间：2017-11-11 07:04

  本文关键词：碳基复合物的制备及其催化氨硼烷水解研究

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【摘要】：纳米材料作为一个崭新的研究领域,特别是碳纳米管和石墨烯,由于本身具备着光学、电学、机械强度等各项优良性能,逐渐成为研究者们的热点研究对象。金属纳米颗粒与碳纳米材料的结合能够在一定程度上提高其复合物的各项性能,这已经在各个领域得到了充分的验证;特别是在催化氨硼烷水解的过程中,由于碳纳米材料和金属纳米颗粒界面的相互作用,能促使复合物高效稳定的催化氨硼烷水解。此外,同步辐射作为一种分析材料电子结构的有效手段,能够帮助探索复合物的催化机理,揭示催化剂高效的原因。在本文中,我们成功制备碳纳米管和氧化石墨烯(GO)与多种金属的复合物,并将其应用于氨硼烷水解中。为了理解催化活性与材料电子结构之间的相互关系,我们利用同步辐射技术来分析复合物的电子结构,并反馈到样品制备上来发展高效稳定的氨硼烷水解催化剂。主要的研究结果如下:首先,我们利用湿化学法成功制备了负载于碳纳米管管内和管外的过渡金属纳米催化剂。研究过程中发现,由于钴和镍存在着明显的协同作用,使其拥有良好的催化性能。遗憾的是,由于碳纳米管本身的管状结构不利于固定纳米颗粒,这类金属纳米催化剂在稳定性方面没能获得很好的效果。随后我们制备了PdRh-GO复合物,并成功应用于催化氨硼烷的反应中。其次,为得到更为高效稳定的催化剂,我们将碳纳米管替换成氧化石墨烯,通过简单的方法成功制备了M-GO(M=Ni,Co,NiCo)复合物,并发现该复合物在催化氨硼烷水解过程中呈现出良好的催化性能。通过同步辐射表征,我们发现金属元素是以较为均匀的形式沉积在氧化石墨烯片层上的。通过软X射线吸收谱(XANES)发现,样品Ni-GO中的Ni是以接近于零价态金属镍的低化学态存在的,而NiCo-GO中的Ni则是以氧化态的形式存在的,其中NiCo-GO复合物的催化活性更高。这类M-GO复合物碳的K边XANES图谱信息可发现一个明显的特征峰A1,代表着金属元素与氧化石墨烯可能存在的界面间互相作用,研究发现这种相互作用与氨硼烷水解析氢的催化活性有着密不可分的关系。最后,我们将氧化石墨烯进行氮掺杂处理,利用硼氢化钠和氢氧化钠的混合液还原铂镍金属离子得到了M-NGO(M=Pt,Ni,Pt3Ni7,Pt5Ni5,Pt7Ni3),并制备了Pt3Ni7-GO复合物作为参考对比。通过TEM图发现,负载在氮掺杂氧化石墨烯表层的金属纳米颗粒更为均匀,其尺度也更为细小,并且拥有比基于氧化石墨烯的复合物更佳的催化活性。通过M-NGO的XANES和XAFS图谱发现,这类复合物中金属呈现氧化态,并表现出了与氮掺杂氧化石墨烯之间的相互作用。样品中Pt3Ni7-NGO表现出了非常好的氨硼烷水解效率,其基于铂的TOF值可以达到709.56(H2)mol/(Cat-Pt)mol·min,这是目前铂基材料中报道的最高值。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ116.2

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1 王扶乾;;中晸工厂制取硼烷[J];无机盐工业;1960年06期

2 林克\，

本文编号：1170297