碳基非贵金属催化剂在硝基芳烃选择加氢与电催化析氢中的性能研究
发布时间：2021-01-31 11:05
碳基非贵金属催化剂因其具有廉价易得的原料、多样可调的形貌结构、较高的比表面积、优异的催化活性以及良好的循环再生性,已成为目前催化、电催化领域的研究热点,在精细化学品生产、费-托合成、生物质转化、燃料电池催化剂等多领域有广阔的应用前景。本论文分别通过运用双金属掺杂、前驱体设计和模板辅助等三种多相催化剂性能调控策略,制备了三种氮掺杂碳负载的非贵金属催化剂,借助多种仪器表征技术对三种催化剂的形貌、结构、活性组分进行了系统而深入的分析,并通过选取几个具有代表性的催化反应对催化剂的性能进行了综合评价,证明所制备的催化剂具有优异的催化活性和稳定性。这些工作为碳基非贵金属催化剂的设计提供了新的思路。具体工作包括以下三个方面:（1）以硅溶胶作为硬模板剂,金属酞菁为前驱体,制备了Co Cu双金属负载于氮掺杂碳的多级孔催化材料。通过透射电镜表征发现反常的纳米颗粒粒径随煅烧温度升高而减小的现象（从700 oC平均粒径38 nm减小至800 oC下的27nm）,揭示了Co-Cu双金属间独特的协同效应。通过ICP-MS测定出Co0.7Cu
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丰富多样的碳材料示意图
粮?优，而且可以进一步用于还原胺化反应[5-6]。在该类催化剂中，其前驱体，致使高温煅烧后形成的碳材料中保留了大量残留的氮，而作为活性位点的金属或金属氧化物纳米颗粒被周边的氮原子锚定，这种不同寻常的锚定作用不仅将纳米颗粒牢牢包裹在碳载体网络中，极大地避免了催化剂在反应中的聚集和流失，而且对金属纳米颗粒起到了活化的作用，提高了催化剂的催化活性、选择性以及稳定性。正是氮原子对非贵金属活性组分的锚定作用再加上氮掺杂对碳材料载体的改性作用，使得制备廉价、高效和稳定的碳基非贵金属催化剂成为可能。图1.2Beller等制备钴-氮碳催化剂示意图Fig.1.2ThereportedCo-N/CcatalystsbyBelleretal.
碳基非贵金属催化剂在硝基芳烃选择加氢与电催化析氢中的性能研究41.1.4金属-氮掺杂碳催化剂的前驱体制备氮掺杂碳材料负载的非贵金属纳米催化剂（简记为M@NC）不可避免地涉及到金属-碳氮前驱体的选取，常用前驱体包括：①金属有机框架材料（MOFs），例如含有钴锌双金属的金属有机框架材料——Co/Zn-ZIF-67（如图1.3所示）制备钴纳米颗粒或单原子催化剂Co@NC[7]；②掺入金属盐的天然有机高分子化合物或合成的富氮有机聚合物，例如用壳聚糖、聚酞菁、聚丙烯腈等原料制备非贵金属催化剂[8]。③有机金属配合物，例如用邻菲啰啉铁、酞菁钴或乙酰丙酮镍制备Fe、Co、Ni基纳米催化剂。④金属盐和一些富氮化合物（例如三聚氰胺、二氰二胺）的混合物[9]。在惰性气氛高温煅烧下，这些前驱体通过聚合、石墨化等一系列化学反应转变为碳基金属纳米催化剂。图1.3李映伟等基于ZIF-67制备钴催化剂示意图[10]Fig.1.3PreparationofCocatalyststhroughZIF-67byYingweiLietal.1.2多孔材料及其模板法制备1.2.1孔结构的分类及对催化性能的影响多相催化剂的孔结构对催化剂的活性、选择性以及强度有很大影响。孔结构参数包括孔容、孔径、孔隙率等。按照孔径的大小，多孔催化剂孔的类型按照孔径大小可分为三大类：孔径小于2nm的叫做微孔，孔径在2nm到50nm之间的叫做介孔或中孔，大于50nm的叫做大孔。此外，一个催化材料中可以同时含有多种孔结构，即多级孔结构。微孔结构对底物具有一定的选择性，且稳定性较高，但催化反应会受到扩散过程限制。有序的介孔结构不仅能提供高比表面积，而且可以改善反应物和产物的传质和扩散，但介孔结构往往不够稳定，对催化剂的循环利用不利。而多级孔结构材料可以兼具微孔和介孔的优点。孔容是指单位质量
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载于超薄氮掺杂碳纳米片上的钴单原子催化芳香硝基化合物氢转移反应（英文）[J]. 李会宁,曹昌燕,刘剑,施杨,司锐,谷林,宋卫国. Science China Materials. 2019(09)
[2]纳米碳材料和高性能催化[J]. 齐伟,苏党生. 化学反应工程与工艺. 2013(05)
硕士论文
[1]金属-多孔氮掺杂碳材料的制备及催化性能研究[D]. 马春兰.山西大学 2019
本文编号：3010743
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丰富多样的碳材料示意图
粮?优，而且可以进一步用于还原胺化反应[5-6]。在该类催化剂中，其前驱体，致使高温煅烧后形成的碳材料中保留了大量残留的氮，而作为活性位点的金属或金属氧化物纳米颗粒被周边的氮原子锚定，这种不同寻常的锚定作用不仅将纳米颗粒牢牢包裹在碳载体网络中，极大地避免了催化剂在反应中的聚集和流失，而且对金属纳米颗粒起到了活化的作用，提高了催化剂的催化活性、选择性以及稳定性。正是氮原子对非贵金属活性组分的锚定作用再加上氮掺杂对碳材料载体的改性作用，使得制备廉价、高效和稳定的碳基非贵金属催化剂成为可能。图1.2Beller等制备钴-氮碳催化剂示意图Fig.1.2ThereportedCo-N/CcatalystsbyBelleretal.
碳基非贵金属催化剂在硝基芳烃选择加氢与电催化析氢中的性能研究41.1.4金属-氮掺杂碳催化剂的前驱体制备氮掺杂碳材料负载的非贵金属纳米催化剂（简记为M@NC）不可避免地涉及到金属-碳氮前驱体的选取，常用前驱体包括：①金属有机框架材料（MOFs），例如含有钴锌双金属的金属有机框架材料——Co/Zn-ZIF-67（如图1.3所示）制备钴纳米颗粒或单原子催化剂Co@NC[7]；②掺入金属盐的天然有机高分子化合物或合成的富氮有机聚合物，例如用壳聚糖、聚酞菁、聚丙烯腈等原料制备非贵金属催化剂[8]。③有机金属配合物，例如用邻菲啰啉铁、酞菁钴或乙酰丙酮镍制备Fe、Co、Ni基纳米催化剂。④金属盐和一些富氮化合物（例如三聚氰胺、二氰二胺）的混合物[9]。在惰性气氛高温煅烧下，这些前驱体通过聚合、石墨化等一系列化学反应转变为碳基金属纳米催化剂。图1.3李映伟等基于ZIF-67制备钴催化剂示意图[10]Fig.1.3PreparationofCocatalyststhroughZIF-67byYingweiLietal.1.2多孔材料及其模板法制备1.2.1孔结构的分类及对催化性能的影响多相催化剂的孔结构对催化剂的活性、选择性以及强度有很大影响。孔结构参数包括孔容、孔径、孔隙率等。按照孔径的大小，多孔催化剂孔的类型按照孔径大小可分为三大类：孔径小于2nm的叫做微孔，孔径在2nm到50nm之间的叫做介孔或中孔，大于50nm的叫做大孔。此外，一个催化材料中可以同时含有多种孔结构，即多级孔结构。微孔结构对底物具有一定的选择性，且稳定性较高，但催化反应会受到扩散过程限制。有序的介孔结构不仅能提供高比表面积，而且可以改善反应物和产物的传质和扩散，但介孔结构往往不够稳定，对催化剂的循环利用不利。而多级孔结构材料可以兼具微孔和介孔的优点。孔容是指单位质量
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载于超薄氮掺杂碳纳米片上的钴单原子催化芳香硝基化合物氢转移反应（英文）[J]. 李会宁,曹昌燕,刘剑,施杨,司锐,谷林,宋卫国. Science China Materials. 2019(09)
[2]纳米碳材料和高性能催化[J]. 齐伟,苏党生. 化学反应工程与工艺. 2013(05)
硕士论文
[1]金属-多孔氮掺杂碳材料的制备及催化性能研究[D]. 马春兰.山西大学 2019
本文编号：3010743
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/3010743.html
