钯及其合金纳米材料的调控合成与催化性能、方法研究

发布时间：2017-07-04 08:21

  本文关键词：钯及其合金纳米材料的调控合成与催化性能、方法研究

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【摘要】：钯是一种具有极佳物理性能与化学性能的贵金属。但是由于其在地壳中的含量约为一亿分之一，如何提高钯的利用效率成为一个热点课题。一种途径是减小其尺寸，制备钯的纳米材料。纳米钯可以实现形貌的可控合成，不同的形貌暴露出不同的晶面从而影响催化性能。此外，随着尺寸的减小，增大了其比表面积也提高了催化性能，甚至会出现奇特的尺寸效应。另一途径是通过制备钯与其他金属的合金（钯铂、钯铜、钯镍等）也能够提高其性能。 基于以上分析，我们设计合成了一种钯铂空心立方体纳米材料。实验中通过筛选特定物种的添加剂，实现了对体系中金属离子前驱体类型的控制，从而调控了钯和铂被还原的顺序。继而通过电化学置换腐蚀得到空心立方体结构的钯铂纳米材料。系统的研究了添加剂在反应中的作用以及添加剂用量对最终产物形貌的影响，并筛选出了制备钯铂空心合金的最优化条件。设计实验监测了整个形貌的演变过程，阐明了最终结构的形成机理并设计了实验进行验证。实验还研究了不同动力学条件对最终产物尺寸形貌的影响，提出了动力学如何影响产物的解释。此外，还在不同的动力学条件下得到了单分散有一定自组装的立方体结构，在改变金属源的条件下得到了高选择性的截角八面体结构。对制备的钯铂空心合金进行了甲酸电催化氧化性能测试和铃木偶联反应催化性能测试，结果表明，钯铂空心合金拥有出众的的催化活性和稳定性。 受到无机合成反应在溶剂热条件下通常能高效进行的启发，本论文选用溶剂热法，以商业碳载钯和碘化亚铜为催化剂，对四类典型的有机反应，铃木偶联反应（Suzuki Miyaura coupling reaction），赫克偶联反应（Heck coupling reaction），厳头偶联反应（Sonogashira coupling reaction）和卤代烃氨基化反应，进行了催化效果测试，研究了溶剂热法对催化反应效率的影响。我们成功的将溶剂热法迁移应用到有机催化反应中，并且设计实验初步探究了其机理。相较于传统的加热催化，，或是一些其他新颖的方法，如光催化法，电催化法，微波法，超临界法等，溶剂热法表现出了以下优点：1.实验操作简单2.溶剂选择灵活性高，反应温度可以突破溶剂沸点的限制3.采用密闭体系进行反应，可以方便进行无氧反应，也能够防止易挥发的反应物从反应中逸出。
【关键词】：钯合金 可控合成 纳米空心结构 催化 溶剂热法
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O614.823;O621.251
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 主要符号对照表5-6
• 目录6-8
• 第1章 引言8-25
• 1.1 课题研究背景8-24
• 1.1.1 钯纳米材料概述8-9
• 1.1.2 钯纳米材料的合成9-20
• 1.1.3 钯纳米材料的催化20-24
• 1.1.4 水热法概述24
• 1.2 本文的选题思路与主要研究内容24-25
• 第2章 钯铂纳米空心结构的合成及其催化性能的研究25-46
• 2.1 本章引论25-27
• 2.2 钯铂空心结构的调控合成27-40
• 2.2.1 反应路线设计27-28
• 2.2.2 实验方法28
• 2.2.3 实验结果表征与讨论28-40
• 2.3 钯铂空心材料的催化性能研究40-44
• 2.3.1 表征测试方法与仪器设备40-41
• 2.3.2 电催化性能实验41-43
• 2.3.3 有机催化性能实验43-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第3章 溶剂热法在有机催化中的应用46-61
• 3.1 本章引论46-48
• 3.2 碳碳偶联反应48-52
• 3.2.1 表征方法与手段48
• 3.2.2 Suzuki 偶联反应48-51
• 3.2.3 Heck 和 Sonogashira 偶联反应51-52
• 3.3 卤代烃氨基化反应52-54
• 3.3.1 表征方法与手段52
• 3.3.2 催化反应实验及结果52-54
• 3.4 机理讨论54-55
• 3.5 产物数据55-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第4章 结论61-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果70

【共引文献】

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本文编号：517064