铜基纳米材料可控合成及其催化CO氧化反应的性能研究

发布时间：2020-02-06 23:52

【摘要】：铜基纳米材料作为一种来源广泛、价格低廉的催化材料,因其独特的物理化学性质而广泛应用于催化、电子、抗菌、润滑、光催化及电化学等方面,围绕这些应用,影响相关性能的关键因素之一在于这类材料的形貌或表界面结构。本论文通过化学还原法尝试制备了系列不同形貌的纳米Cu和纳米Cu_2O材料,确定了能够实现批量重复合成、适用于催化应用研究的材料可控制备体系及条件;在此基础上以CO氧化为指针反应考察了不同形貌纳米Cu_2O的催化性能,发现了这些材料形貌或表界面结构对催化反应性能的影响规律,为创制更高效的铜基纳米材料以及理解这类材料构效关系提供了新参考或新依据。主要结果如下:1.采用化学还原法,以有机溶剂二乙二醇为溶剂,醋酸铜为铜源,使用抗坏血酸作为还原剂,通过调变体系组成筛选确定了能够制备出分散性良好、抗氧化性强、尺寸均一(50 nm)的六边形铜纳米颗粒的合成条件;以硫酸铜或醋酸铜为铜源、葡萄糖为还原剂、蒸馏水或二乙二醇为溶剂,氢氧化钠调变溶液p H值,合成出了立方块、八面体、十八面体和多孔球形Cu_2O纳米颗粒,由XRD和SEM分析表明,所得各样品粒径和形貌都均一规整,(球形Cu_2O粒径200 nm;立方块、八面体、十八面体粒径1~2μm),即在相同或相近体系中,实现了不同形貌Cu_2O纳米材料的可控合成。2.对所合成不同形貌Cu_2O纳米材料进行了CO氧化反应测试。首先在纳米多孔球上发现了经过一次反应测试后的样品相对于新鲜样品,CO完全转化温度降低了60℃,即经过一次反应测试后的样品催化性能显著提高这一在文献中鲜有报道、值得注意的现象。针对此现象就新鲜样品、一次反应测试后及多次反应测试后的样品进行了对比表征,由XRD、H2-TPR、XPS、CO-TPD、O2-TPD测试显示Cu_2O纳米多孔球表面可在反应过程中原位转变为稳定的Cu_2O和Cu O的复合界面,此复合界面相对于纯Cu_2O或Cu O表面对反应物具有更优的活化性能,由此表现出更优的催化性能。随后对立方块、八面体和十八面体Cu_2O纳米材料进行测试也发现重复使用的样品相对于新鲜样品具有更优的催化性能。这些结果表明Cu_2O纳米材料表面在氧化还原气氛中很可能转化为多价态共存的稳定复合界面,由此可显现更优的物化性能,这些发现和结果一方面揭示了Cu_2O纳米材料在氧化还原反应中的真实催化界面结构,为理解Cu_2O材料的催化性质提供了新依据,另一方面显示了一种调变Cu_2O表面结构的新方法,由此为创制具有更优物化性能的Cu_2O基材料提供了新参考。
【图文】：

形貌,颗粒,纳米铜,乙二醇溶液

图 1.1 不同形貌纳米铜的 SEM 图Wang 等[60]在乙二醇溶液中，以 PVP 作为保护剂，用抗坏血酸还原 CuSO4溶液合成出了 100±25nm 的立方块 Cu 纳米粒子，通过改变 CuSO4和 PVP 的用量比可以控制 Cu 纳米颗粒的尺寸和形貌，，图 1.2 是 Wang 等制备出来的均一尺寸的立方块铜纳米颗粒。

SEM图,纳米铜,溶剂热法,乙二醇溶液

图 1.1 不同形貌纳米铜的 SEM 图Wang 等[60]在乙二醇溶液中，以 PVP 作为保护剂，用抗坏血酸还原 CuS液合成出了 100±25nm 的立方块 Cu 纳米粒子，通过改变 CuSO4和 PVP 的用可以控制 Cu 纳米颗粒的尺寸和形貌，图 1.2 是 Wang 等制备出来的均一尺立方块铜纳米颗粒。图 1.2 立方块铜纳米颗粒2）溶剂热法
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36

【参考文献】