新型氮杂碳材料的制备及其在选择性加氢反应中的应用研究

发布时间：2017-08-11 00:02

  本文关键词：新型氮杂碳材料的制备及其在选择性加氢反应中的应用研究

  更多相关文章： 氮杂碳 水相 碱性 电子作用 选择性加氢

【摘要】：氮杂碳是一种新型的碳材料,其组成结构不仅易于控制,而且还拥有比表面积高、酸碱性可调和热稳定性好等特性。同时,氮杂碳结构的调控可影响其在溶剂中的分散性。因此,与传统的碳材料相比,氮杂碳是一种备受期待的新型的催化剂及催化剂载体。本论文中,我们制备了氮杂活性炭和介孔氮杂炭材料负载金属(Ru, Pd)催化剂,并对其在水相加氢反应中的应用进行了讨论。1.探索了不同热处理温度的氮杂活性炭(NAC)的制备方法。以二氰二胺为氮源,对双氧水处理过的活性炭进行掺杂,再负载钯纳米颗粒,制成了一系列不同结构的负载型催化剂Pd/NAC,用于苯甲酸的水相加氢反应。利用XRD、FTIR、Raman、XPS、SEM、TEM等表征对NAC的结构性质进行了分析。发现：热处理温度会影响材料的氮含量以及氮种类的分布,从而影响了载体表面Pd纳米颗粒的分散性和电子结构,进而对催化剂的催化活性起到了重要的影响。2.探讨几种不同微孔以及介孔碳材料的制备方法及其应用。以乙二胺为氮源,四氯化碳为碳源,纳米SiO2为硬模板,合成介孔氮杂碳材料(MCN),再负载钯纳米颗粒,制成了负载型催化剂Pd/MCN,并用于催化苯甲酸的水相加氢反应。利用XRD、FTIR、 Raman、 XPS、 SEM、 TEM等表征手段对介孔氮杂碳MCN的结构性质进行了分析,发现：MCN的催化活性要优于普通的活性炭(AC)以及NAC。这是因为MCN的高含氮量使其具有大孔径和表面有丰富的碱性位；同时,Pd和N之间的相互作用也增强了Pd/MCN催化芳环在水中加氢反应的活性。3.探讨了几种不同碳源制备的介孔氮杂碳材料的制备方法及应用。分别以四氯化碳、氯仿、四氯乙烷为碳源,乙二胺为氮源,在加入模板剂的条件下制备了介孔氮杂碳材料CN-CT、 CN-CF和CN-TE,再负载钯纳米颗粒,合成负载型催化剂Pd/CN,用于催化香草醛的水相加氢反应。用XRD、 FTIR、 Raman、 XPS、 SEM、 TEM等表征手段对介孔氮杂碳的结构性质进行了分析,我们发现其中Pd/CN-CF的催化性能最好,以上这些结果说明了CN-CF具有大孔径以及表面有丰富的碱性位,CN-CF的介孔体积比达到了90.9%,这给传质过程和暴露活性位提供了大量的空间。CN-CF表面丰富的吡啶氮为固定金属离子提供了一个天然的平台,而且Pd和N之间的相互作用增强了Pd/CN-CF的催化活性。
【关键词】：氮杂碳 水相 碱性 电子作用 选择性加氢
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 文献综述14-29
• 1.1 氮杂碳材料的结构与性质14-15
• 1.2 氮杂碳材料的合成15-19
• 1.2.1 后处理法合成氮杂碳材料15
• 1.2.2 原位法合成氮杂碳材料15-19
• 1.3 氮杂碳材料的应用19-22
• 1.3.1 在电化学上的应用19-20
• 1.3.2 在吸附上的应用20-21
• 1.3.3 在非均相催化中的应用21-22
• 1.4 本论文的研究目的及意义22-23
• 参考文献23-29
• 第二章 氮杂碳负载钯催化苯甲酸水相加氢的研究29-61
• 2.1 背景介绍29
• 2.2 制备与表征29-32
• 2.2.1 实验试剂与仪器29-31
• 2.2.2 催化剂的制备31-32
• 2.2.2.1 氮杂碳的制备31-32
• 2.2.2.2 Pd负载的氮杂碳的制备32
• 2.2.3 活性考评32
• 2.3 结果与讨论32-56
• 2.3.1 热处理温度对氮杂活性炭负载钯催化剂结构与活性的影响32-43
• 2.3.1.1 催化剂的表征结果与分析32-39
• 2.3.1.2 催化剂的优化39-40
• 2.3.1.3 溶剂的影响40-42
• 2.3.1.5 催化剂的回收使用42
• 2.3.1.6 拓展反应42-43
• 2.3.2 孔道结构对氮杂碳负载钯催化剂结构与活性的影响43-56
• 2.3.2.1 催化剂的表征结果与分析43-51
• 2.3.2.2 催化剂的活性对比51-52
• 2.3.2.3 溶剂的影响52-53
• 2.3.2.4 载体的吸附实验53
• 2.3.2.5 催化剂的重复使用53-55
• 2.3.2.6 钯负载量的影响55
• 2.3.2.7 拓展反应55-56
• 2.4 本章小结56-58
• 参考文献58-61
• 第三章 不同碳源制备的介孔氮杂碳及其在香草醛水相加氢中的研究61-80
• 3.1 背景介绍61
• 3.2 制备与表征61-64
• 3.2.1 实验试剂与仪器61-63
• 3.2.2 催化剂的制备63-64
• 3.2.2.1 介孔氮杂碳的制备63
• 3.2.2.2 Pd负载的介孔氮杂碳的制备63-64
• 3.2.3 活性考评64
• 3.3 结果与讨论64-77
• 3.3.1 催化剂的表征结果与分析64-72
• 3.3.2 催化剂的活性对比72-73
• 3.3.3 负载量的影响73-74
• 3.3.4 氢压的影响74
• 3.3.5 温度的影响74-75
• 3.3.6 反应时间的影响75-76
• 3.3.7 催化剂的回收使用76-77
• 3.4 本章小结77-78
• 参考文献78-80
• 结论80-81
• 附录81-82
• 致谢82

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本文编号：653257