封装铂颗粒的铈基金属有机骨架及其热处理衍生材料催化氧化甲苯

发布时间：2020-06-04 16:46

【摘要】：挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)是近地面臭氧和细颗粒物(PM_(2.5))的重要前体物,严重影响人体健康和威胁生态环境安全。催化氧化因其具有去除率高和二次污染少的特点,成为VOCs治理的最有效技术之一,其中高性能的催化剂是该技术的核心。贵金属负载型催化剂对于VOCs有优异的催化氧化性能,但也面临着活性组分易团聚失活的问题,所以其对载体的比表面积和孔道结构有着极高的要求。金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks,MOFs)及其热处理衍生材料具有比表面高、孔道均一的特点,能很好的分散和锚定活性组分,是一类极具应用潜力的多孔载体材料。基于此,本文研究铂负载型二氧化铈催化氧化甲苯体系,通过原位生长实现MOFs对Pt纳米颗粒的固定,随后采取MOFs热分解的方式制备出多孔Pt@CeO_2衍生材料;通过调节热分解气氛,对多孔衍生材料表面化学性质进行调控;研究了不同热处理途径对催化剂形貌结构与活性的影响,并评价了多孔Pt@CeO_2催化剂活化气相氧的能力。本文选用铈基金属有机骨架Ce-BTC为母体,基于“绕船造瓶”的封装策略,将Pt纳米颗粒固定于Ce-BTC中。通过XRD、FTIR、BET等表征手段,证实了合成的Ce-BTC和Pt@Ce-BTC具有良好的结晶度和纯度,且具有高比表面积和发达的孔道。SEM和HRTEM等形貌表征显示Ce-BTC母体呈均一规整棒状,铂纳米颗粒均匀分布于其中。活性测试结果则显示Pt@Ce-BTC对甲苯氧化具有良好的催化活性和稳定性。分别采用一步热处理和两步热处理的方式分解Ce-BTC和Pt@Ce-BTC,制备出多孔衍生材料。研究了不同热分解途径对多孔衍生材料结构和催化性能的影响。结果表明,Pt@CeO_2(N_2-Air)具有最优的甲苯催化活性,在140℃下可实现对100 ppm甲苯的完全降解。通过一系列结构和形貌表征,证实了热处理过程可将Ce-BTC有机骨架完全去除,获得的衍生材料具有大比表面积和复合孔结构。CeO_2纳米晶粒的密集堆积对Pt纳米颗粒起到了良好的分散固定作用,有效避免了Pt纳米颗粒的迁移和团聚。Raman和XPS等表征结果显示,两步热分解得到的催化剂具有更高的表面氧空位含量和更多的表面活性氧物种。利用原位紫外拉曼表征手段,实现对多孔衍生材料活化气相氧能力进行评价。结果显示,Pt@CeO_2(N_2-Air)相较于Pt@CeO_2(Air)展现出更强的吸附和活化气相氧能力,可在较低温度下为催化反应提供更多活性氧物种,进而体现出更优越的甲苯催化氧化性能。进一步考察了Pt@CeO_2(N_2-Air)活化气相氧能力的稳定性,发现其吸附和活化气相氧能力在三个循环过程中能稳定保持在较高水准,具有持续稳定的活性氧供给能力。
【图文】：

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华南理工大学硕士学位论文rks）系列材料[25-28]，Férey 研究团队研制的 [29-31]，Lillerud 研究团队制备的 UiO（Univers研究团队设计合成的 NU（Northwestern Unive特色。

骨架材料,研究团队,材料,次级结构

midazolate Frameworks）系列材料，Férey 研究团队研制的 MIL（Material Instiavoisier）系列材料[29-31]，Lillerud 研究团队制备的 UiO（University of Oslo）系列材2]及 Farha 和 Hupp 研究团队设计合成的 NU（Northwestern University）系列材料[33,3极具代表性且各有特色。图 1-1 MOF-5 有机骨架材料的次级结构单元和单晶 X 射线结构Fig.1-1 SBUs and single crystal x-ray structure of MOF-5
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701

【参考文献】