基于纳米银改性的两种新型二维材料催化环己烷氧化的研究
发布时间：2023-02-27 09:39
催化环己烷(CyH)氧化制备环己醇和环己酮(二者混合物称为KA油)是化学工业中最重要的反应之一。尽管新型催化剂以及氧化工艺被不断地开发和改进,环己烷氧化工业过程仍然承担着巨大经济和环境成本。我们认为,催化材料各活性位点的环境差异以及苛刻反应条件带来的深度氧化问题是造成该问题重要原因。超薄二维(2D)纳米材料由于其超大的比表面积,原子尺度级的有限厚度、更多暴露在表面的催化活性点位以及单一催化环境的特性在催化领域有着广泛的应用前景。单质纳米银晶体除了具备一定热催化活性外,其独特的表面等离子体(SPR)效应通过增强对光的响应范围而大大提高催化剂的活性,使其在涉氧光催化反应中也有着巨大的潜力。将超薄2D材料和单质纳米银晶体的优势相结合,可以有效的解决目前环己烷氧化存在的问题,实现在温和条件下高活性、高选择性催化环己烷氧化。本论文中,我们制备了一系列基于氧化石墨烯纳米片(GO)、单层三氧化钨纳米片(W03 NSs)以及纳米Ag晶体的新型催化材料并将其应用于环己烷氧化反应,系统探究了催化剂的构效关系及其催化机理。本文的主要研究如下:1.研究了改性GO在选择性热催化环己烷氧化中的性能,深入探究表面官...
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 环己烷氧化反应的研究进展
1.2.1 非自由基反应历程
1.2.2 自由基反应历程
1.2.3 无催化剂氧化体系
1.2.4 非金属氧化体系
1.2.5 贵金属催化氧化体系
1.2.6 非贵金属催化氧化体系
1.2.7 电催化体系
1.2.8 光催化氧化体系
1.3 二维纳米材料的研究进展
1.3.1 二维纳米材料的制备方法
1.3.2 二维纳米材料的结构与性质
1.3.3 二维材料在氧化反应中的优势
1.4 纳米银的研究进展
1.4.1 单分散纳米银的形貌可控制备方法
1.4.2 纳米银在氧化反应中的应用
1.5 选题依据及研究内容
1.5.1 选题依据
1.5.2 研究内容
第二章 实验方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 表征方法
2.3.1 透射电镜(TEM)
2.3.2 粉末X-射线衍射(XRD)
2.3.3 原子力显微镜(AFM)
2.3.4 X-射线光电子能谱分析(XPS)
2.3.5 紫外光电子能谱分析(PS)
2.3.6 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)
2.3.7 紫外-可见光谱(UV-Vis)
2.3.8 紫外激光拉曼光谱(Raman)
2.3.9 光致发光光谱(PL)
2.3.10 电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP-OES)
2.3.11 电化学测试
2.4 催化性能测试
2.4.1 光催化测试
2.4.2 热/光热催化测试
2.4.3 气相色谱分析(GC)
2.4.4 高效液相色谱分析(HPLC)
第三章 基于表面基团和尺寸改性的氧化石墨烯纳米片热催化环己烷氧化的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 GO的制备
3.2.2 NGO的制备
3.2.3 GO-COOH的制备
3.2.4 GO-SO3H的制备
3.2.5 r-GO的制备
3.2.6 催化剂含氧基团的定量分析
3.3 催化剂表征
3.4 工艺条件考察
3.4.1 反应温度
3.4.2 反应压力
3.4.3 反应时间
3.4.4 催化剂用量
3.5 GO催化剂的构效关系
3.5.1 GO含氧量对催化活性的影响
3.5.2 GO表面官能团修饰对环己烷氧化反应的影响
3.5.3 GO的尺寸对环己烷氧化反应的影响
3.6 催化剂的稳定性测试
3.7 催化机理研究
3.8 本章小结
第四章 基于纳米银改性的氧化石墨烯纳米片光催化环己烷氧化的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 GO的制备
4.2.2 Ag NPs的制备(7 nm)
4.2.3 Ag NPs的制备(20 nm)
4.2.4 Ag NRs的制备
4.2.5 GO-Ag纳米复合物的制备
4.3 催化剂表征
4.3.1 GO-Ag NPs (7 nm)的表征
4.3.2 GO-Ag NPs (20 nm)的表征
4.3.3 GO-Ag NRs的表征
4.4 工艺条件考察
4.4.1 反应温度
4.4.2 反应时间
4.4.3 光源波长
4.4.4 氧化剂用量
4.4.5 催化剂用量
4.5 GO-Ag纳米催化剂的构效关系
4.5.1 纳米Ag改性对催化活性的促进
4.5.2 纳米Ag的尺寸及形貌对催化性能的影响
4.6 催化剂的稳定性能测试
4.7 催化机理研究
4.7.1 电化学性能测试
4.7.2 自由基实验
4.7.3 活性组分与载体间的相互作用
4.7.4 反应机理
4.8 本章小结
第五章 基于纳米银改性的单层WO3纳米片光催化环己烷氧化的研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 WO3 NSs的制备
5.2.2 WO3 NCs的制备
5.2.3 光催化剂的制备
5.3 催化剂表征
5.3.1 WO3 NSs和WO3 NCs的表征
5.3.2 光催化剂的表征
5.4 工艺条件考察
5.4.1 反应温度
5.4.2 反应时间
5.4.3 氧化剂用量
5.4.4 催化剂用量
5.5 WO3-Ag NPs催化剂的构效关系
5.6 催化剂的稳定性能测试
5.7 催化机理研究
5.7.1 电化学性能测试
5.7.2 自由基实验
5.7.3 催化剂结构分析
5.7.4 反应机理
5.8 本章小结
第六章 基于纳米银改性的二维材料在光热催化环己烷氧化中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 GO-Ag NPs和WO3 NSs-Ag NPs的制备
6.2.2 Fe3O4 NPs的制备
6.2.3 GO-Fe3O4 NPs的制备
6.3 催化剂的表征
6.3.1 GO-Ag NPs和WO3 NSs-Ag NPs的表征
6.3.2 GO-Fe3O4 NPs的表征
6.4 工艺条件考察
6.4.1 反应温度
6.4.2 反应压力
6.4.3 反应时间
6.4.4 催化剂用量
6.5 催化剂的构效关系
6.5.1 热催化氧化
6.5.2 光热催化氧化
6.6 催化剂的稳定性能测试
6.7 催化机理研究
6.7.1 电化学性能测试
6.7.2 自由基实验
6.7.3 催化过氧化苯酰(BP)分解反应
6.7.4 反应机理
6.8 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3751107
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 环己烷氧化反应的研究进展
1.2.1 非自由基反应历程
1.2.2 自由基反应历程
1.2.3 无催化剂氧化体系
1.2.4 非金属氧化体系
1.2.5 贵金属催化氧化体系
1.2.6 非贵金属催化氧化体系
1.2.7 电催化体系
1.2.8 光催化氧化体系
1.3 二维纳米材料的研究进展
1.3.1 二维纳米材料的制备方法
1.3.2 二维纳米材料的结构与性质
1.3.3 二维材料在氧化反应中的优势
1.4 纳米银的研究进展
1.4.1 单分散纳米银的形貌可控制备方法
1.4.2 纳米银在氧化反应中的应用
1.5 选题依据及研究内容
1.5.1 选题依据
1.5.2 研究内容
第二章 实验方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 表征方法
2.3.1 透射电镜(TEM)
2.3.2 粉末X-射线衍射(XRD)
2.3.3 原子力显微镜(AFM)
2.3.4 X-射线光电子能谱分析(XPS)
2.3.5 紫外光电子能谱分析(PS)
2.3.6 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)
2.3.7 紫外-可见光谱(UV-Vis)
2.3.8 紫外激光拉曼光谱(Raman)
2.3.9 光致发光光谱(PL)
2.3.10 电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP-OES)
2.3.11 电化学测试
2.4 催化性能测试
2.4.1 光催化测试
2.4.2 热/光热催化测试
2.4.3 气相色谱分析(GC)
2.4.4 高效液相色谱分析(HPLC)
第三章 基于表面基团和尺寸改性的氧化石墨烯纳米片热催化环己烷氧化的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 GO的制备
3.2.2 NGO的制备
3.2.3 GO-COOH的制备
3.2.4 GO-SO3H的制备
3.2.5 r-GO的制备
3.2.6 催化剂含氧基团的定量分析
3.3 催化剂表征
3.4 工艺条件考察
3.4.1 反应温度
3.4.2 反应压力
3.4.3 反应时间
3.4.4 催化剂用量
3.5 GO催化剂的构效关系
3.5.1 GO含氧量对催化活性的影响
3.5.2 GO表面官能团修饰对环己烷氧化反应的影响
3.5.3 GO的尺寸对环己烷氧化反应的影响
3.6 催化剂的稳定性测试
3.7 催化机理研究
3.8 本章小结
第四章 基于纳米银改性的氧化石墨烯纳米片光催化环己烷氧化的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 GO的制备
4.2.2 Ag NPs的制备(7 nm)
4.2.3 Ag NPs的制备(20 nm)
4.2.4 Ag NRs的制备
4.2.5 GO-Ag纳米复合物的制备
4.3 催化剂表征
4.3.1 GO-Ag NPs (7 nm)的表征
4.3.2 GO-Ag NPs (20 nm)的表征
4.3.3 GO-Ag NRs的表征
4.4 工艺条件考察
4.4.1 反应温度
4.4.2 反应时间
4.4.3 光源波长
4.4.4 氧化剂用量
4.4.5 催化剂用量
4.5 GO-Ag纳米催化剂的构效关系
4.5.1 纳米Ag改性对催化活性的促进
4.5.2 纳米Ag的尺寸及形貌对催化性能的影响
4.6 催化剂的稳定性能测试
4.7 催化机理研究
4.7.1 电化学性能测试
4.7.2 自由基实验
4.7.3 活性组分与载体间的相互作用
4.7.4 反应机理
4.8 本章小结
第五章 基于纳米银改性的单层WO3纳米片光催化环己烷氧化的研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 WO3 NSs的制备
5.2.2 WO3 NCs的制备
5.2.3 光催化剂的制备
5.3 催化剂表征
5.3.1 WO3 NSs和WO3 NCs的表征
5.3.2 光催化剂的表征
5.4 工艺条件考察
5.4.1 反应温度
5.4.2 反应时间
5.4.3 氧化剂用量
5.4.4 催化剂用量
5.5 WO3-Ag NPs催化剂的构效关系
5.6 催化剂的稳定性能测试
5.7 催化机理研究
5.7.1 电化学性能测试
5.7.2 自由基实验
5.7.3 催化剂结构分析
5.7.4 反应机理
5.8 本章小结
第六章 基于纳米银改性的二维材料在光热催化环己烷氧化中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 GO-Ag NPs和WO3 NSs-Ag NPs的制备
6.2.2 Fe3O4 NPs的制备
6.2.3 GO-Fe3O4 NPs的制备
6.3 催化剂的表征
6.3.1 GO-Ag NPs和WO3 NSs-Ag NPs的表征
6.3.2 GO-Fe3O4 NPs的表征
6.4 工艺条件考察
6.4.1 反应温度
6.4.2 反应压力
6.4.3 反应时间
6.4.4 催化剂用量
6.5 催化剂的构效关系
6.5.1 热催化氧化
6.5.2 光热催化氧化
6.6 催化剂的稳定性能测试
6.7 催化机理研究
6.7.1 电化学性能测试
6.7.2 自由基实验
6.7.3 催化过氧化苯酰(BP)分解反应
6.7.4 反应机理
6.8 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3751107
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