核磁共振技术研究光催化剂结构设计和对真实固液体系物质交换的影响
发布时间：2022-01-17 18:33
核磁共振技术的发展为精密观察物质的结构和原位检测提供了新的可能,可被用来观察真实的固体（催化剂）-液体反应体系中催化剂与液体之间的相互作用和对反应环境的影响。本研究围绕光催化中的两种经典催化剂（二氧化钛,氮化碳）展开,利用核磁共振方法对催化剂自身性质及其与反应环境之间的相互联系进行了研究,并将其与光催化效率进行联系:（1）利用原位液体核磁共振技术对真实固液体系光催化甲醇重整过程中水与甲醇之间的相互作用进行了系统性研究,证实了甲醇/水体系中氢键相互作用和质子交换的存在。并且发现催化剂的种类（包括不同晶型,以及同一晶型、不同形貌的TiO2）、体系温度、光照反应条件都会影响甲醇与水之间的相互作用,进而影响到甲醇重整的效率。这表明催化剂及适宜温度的选择对于提升甲醇重整效率起到非常重要的作用。（2）介绍了一种新的用氘代试剂替代含氢反应环境的方法,利用固体核磁共振技术对含氢催化剂氮化碳（C3N4）进行了系列一维、二维实验,用以研究含氢结构与反应环境之间的关系。以尿素为前体在不同温度下合成的C3N4
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化机理第三个步骤在整个反应过程中发生的速度最慢，是整个反应的速决步骤
华东师范大学硕士学位论文14293K），用真空泵对整个制氢系统进行抽真空处理，并检查整个体系的气密性，循环水温度控制在15°C。待整个体系达到平衡状态后，打开氙灯光源，并将电流控制在15A。等待氙灯光源稳定后，放置于制氢反应器上方进行照射。气相色谱具体参数为：柱箱温度40°C，进样温度50°C，检测器温度100°C，载气为Ar，气压为0.3MPa。图2-1（a）原位NMR装置；（b）光催化分解水制氢检测装置示意图2.2.4液体核磁实验方法及参数本研究中未进行光照的一维、二维实验主要采用非原位的核磁共振技术，光催化过程中的系列核磁共振实验采用原位核磁共振技术。原位核磁共振技术，即在产物不进行分离的情况下直接对光催化体系中的组分进行直接观察，实验装置示意图如图1(a)所示。在核磁管中配置好催化剂-甲醇/水溶液体系，静置过程不光照，光催化甲醇重整光源为Xe灯，并直接将反应前后的催化剂悬浮液置于核磁设备中进行检测。对氘甲醇/水无催化剂体系、甲醇/氘水无催化剂体系（空白组）和甲醇/氘水体系加入TiO2系列催化剂（Pd/TiO2，TiO2-A、TiO2-B、TiO2-R，TiO2-B-棒、TiO2-B-管、TiO2-B-颗粒，TiO2-R-Pt、TiO2-B-管-Pt）的1HNMR谱图使用配备安捷伦HXY三通道静态探头的NMR谱仪（Varian，700MHz）采集，1H共振频率为700.13MHz，实验温度为276K~288K，谱宽（SW）为15ppm（10504.202Hz），脉冲宽度为4μs（45°），采样时间为2.5s，采样次数为16。对甲醇（480μL）
华东师范大学硕士学位论文16图2-3（a）TiO2-A、TiO2-R、TiO2-B、（b）TiO2-B-棒、TiO2-B-管、TiO2-B-颗粒的XRD图2-4（a）TiO2-B-棒、（b）TiO2-B-管、（c）TiO2-B-颗粒的SEM照片2.3.2甲醇与水混合体系活泼氢信号的归属在光催化过程中，光照射到催化剂上时，会产生光生电子（e-）和空穴（h+），当反应体系中存在作为牺牲剂的甲醇时，水与光生电子结合的同时，甲醇也与空穴结合，这降低了空穴和电子的复合，从而提升了光催化的效率。在以往的研究中，甲醇-OH（CH3OH）与水分子（H2O）之间存在的密切相互作用（氢键和质子相互交换）通常被忽略。然而在真实溶液体系中，甲醇与水之间的联系是客观存在的，而它们之间的相互作用也一定程度上影响着甲醇重整产物的产率。常规的检测手段通常难以发现这种相互作用，而液体NMR方法为观测这种相互作用提供了可能。在我们的研究中，我们不仅证实甲醇与水之间存在氢键相互作用，并且存在的密切的质子交换。而光照、温度、催化剂类型均会对这些相互作用产生一定的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]原位核磁共振技术研究反应环境对光催化甲醇重整过程的影响[J]. 杨以宁,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2020(01)
[2]原位核磁共振技术研究共催化剂类型以及光照波长对甲醇光催化重整产物的影响[J]. 叶曼,杨以宁,张燃,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2019(04)
[3]光催化甲醇重整机理的原位核磁共振研究[J]. 刘文卿,宋艳红,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2019(03)
本文编号：3595232
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化机理第三个步骤在整个反应过程中发生的速度最慢，是整个反应的速决步骤
华东师范大学硕士学位论文14293K），用真空泵对整个制氢系统进行抽真空处理，并检查整个体系的气密性，循环水温度控制在15°C。待整个体系达到平衡状态后，打开氙灯光源，并将电流控制在15A。等待氙灯光源稳定后，放置于制氢反应器上方进行照射。气相色谱具体参数为：柱箱温度40°C，进样温度50°C，检测器温度100°C，载气为Ar，气压为0.3MPa。图2-1（a）原位NMR装置；（b）光催化分解水制氢检测装置示意图2.2.4液体核磁实验方法及参数本研究中未进行光照的一维、二维实验主要采用非原位的核磁共振技术，光催化过程中的系列核磁共振实验采用原位核磁共振技术。原位核磁共振技术，即在产物不进行分离的情况下直接对光催化体系中的组分进行直接观察，实验装置示意图如图1(a)所示。在核磁管中配置好催化剂-甲醇/水溶液体系，静置过程不光照，光催化甲醇重整光源为Xe灯，并直接将反应前后的催化剂悬浮液置于核磁设备中进行检测。对氘甲醇/水无催化剂体系、甲醇/氘水无催化剂体系（空白组）和甲醇/氘水体系加入TiO2系列催化剂（Pd/TiO2，TiO2-A、TiO2-B、TiO2-R，TiO2-B-棒、TiO2-B-管、TiO2-B-颗粒，TiO2-R-Pt、TiO2-B-管-Pt）的1HNMR谱图使用配备安捷伦HXY三通道静态探头的NMR谱仪（Varian，700MHz）采集，1H共振频率为700.13MHz，实验温度为276K~288K，谱宽（SW）为15ppm（10504.202Hz），脉冲宽度为4μs（45°），采样时间为2.5s，采样次数为16。对甲醇（480μL）
华东师范大学硕士学位论文16图2-3（a）TiO2-A、TiO2-R、TiO2-B、（b）TiO2-B-棒、TiO2-B-管、TiO2-B-颗粒的XRD图2-4（a）TiO2-B-棒、（b）TiO2-B-管、（c）TiO2-B-颗粒的SEM照片2.3.2甲醇与水混合体系活泼氢信号的归属在光催化过程中，光照射到催化剂上时，会产生光生电子（e-）和空穴（h+），当反应体系中存在作为牺牲剂的甲醇时，水与光生电子结合的同时，甲醇也与空穴结合，这降低了空穴和电子的复合，从而提升了光催化的效率。在以往的研究中，甲醇-OH（CH3OH）与水分子（H2O）之间存在的密切相互作用（氢键和质子相互交换）通常被忽略。然而在真实溶液体系中，甲醇与水之间的联系是客观存在的，而它们之间的相互作用也一定程度上影响着甲醇重整产物的产率。常规的检测手段通常难以发现这种相互作用，而液体NMR方法为观测这种相互作用提供了可能。在我们的研究中，我们不仅证实甲醇与水之间存在氢键相互作用，并且存在的密切的质子交换。而光照、温度、催化剂类型均会对这些相互作用产生一定的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]原位核磁共振技术研究反应环境对光催化甲醇重整过程的影响[J]. 杨以宁,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2020(01)
[2]原位核磁共振技术研究共催化剂类型以及光照波长对甲醇光催化重整产物的影响[J]. 叶曼,杨以宁,张燃,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2019(04)
[3]光催化甲醇重整机理的原位核磁共振研究[J]. 刘文卿,宋艳红,王雪璐,姚叶锋. 波谱学杂志. 2019(03)
本文编号：3595232
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3595232.html
教材专著
