二氧化铈基纳米金复合催化材料的制备与性能研究

发布时间：2017-08-21 15:34

  本文关键词：二氧化铈基纳米金复合催化材料的制备与性能研究

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【摘要】：金纳米粒子由于具有较高的催化反应活性,近年来受到研究者的普遍关注。特别是负载型金催化剂,已经被发现可以催化多种类型的化学反应,例如碳氢化合物氧化、甲醇的制备、水汽变换反应等。在众多被用作负载型金催化剂的氧化物中,二氧化铈由于其具有很好的氧化还原性能和极强的储氧放氧能力,可以大幅度调整其电子构型以适应所处化学环境,被认为是金的优良载体。但是,形貌不同的二氧化铈,其比表面积和孔道结构差异很大,将会直接影响到金催化剂的催化活性,因此制备一种具有优良孔道结构和高比表面积的二氧化铈载体是提高金催化活性的重要方法之一。同时,由于金粒子的高表面能,传统负载型金粒子在焙烧活化和催化反应过程中极易聚集长大,导致活性急剧下降。因此,如何在调控载体形貌的同时,又控制负载于其上的Au纳米粒子的稳定性,就显得十分重要和紧迫。本文在以合成新形貌催化载体、稳定金粒子的双重目的下,制备了特殊形貌的二氧化铈来作为金的载体,随后又构建了核壳结构来维护金粒子的纳米级尺寸。具体内容如下：1、通过无模板一步水热法,制备出了具有多孔结构的Ce02空心球。研究表明：二氧化铈球直径210 nm左右,内部中空,表面由5 nm左右的二氧化铈粒子组成,壳壁厚度约40 nm并且存在着大量的孔道结构,比表面积达到167 m2/g。通过观察不同反应时间的产物形貌,得出空心球的形成机理是在奥式熟化理论下的粒子自组装。以此为载体,制得空心二氧化铈载金催化剂Ce02/Au,并与商业用粉末二氧化铈负载金催化剂进行了活性对比。结果表明：载金空心铈球的反应速率(K=0.361 min-1)高于载金商品铈的反应速率(K=0.249 min-1)。并且,空心二氧化铈担载金催化剂在重复使用了7次之后,对硝基苯酚仍然具有95.68%的转化率。2、为了提高金催化剂的稳定性,防止其在高温焙烧和催化反应中聚集长大和脱落,在上一部分的基础上合成了以空心二氧化铈为核,负载金后包覆介孔二氧化硅的新型空心核壳结构CeO2/Au@SiO2。结果表明：CeO2/Au@SiO2催化剂具有稳定的中空结构,外部二氧化硅壳层具有规整的介孔结构,并且厚度可在15-75 nm之间调控,壳层间金粒子分布均匀。在热稳定考察实验室中,750℃下核壳结构的催化剂仍能保持结构的稳定性,金粒子没有明显的变化,而作为对比的CeO2/ Ao催化剂中的二氧化铈和金粒子都有非常明显的烧结现象,表明二氧化硅壳层可以有效的控制活性中心在高温下的烧结。3、为了进一步提高活性中心与载体的相互作用,提高金催化剂的反应活性和反应稳定性,本部分以纳米金粒子为核、二氧化铈为壳,通过简单的三步制备了多级结构的SiO2/Au/CeO2催化剂。利用XRD、BET、TEM等测试方法对催化剂进行了表征。结果表明：SiO2/Au/CeO2催化剂具有均匀的棒状形貌、高的比表面积、厚度可控的壳层结构以及高分散的金粒子。催化剂的反应性能测试结果表明SiO2/Au/CeO2催化剂拥有优异的催化活性,而且在循环使用8次之后依然保持较高的反应活性。
【关键词】：二氧化铈 纳米金 核壳结构 催化活性
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 纳米金催化剂11-18
• 1.1.1 负载型纳米金催化剂的制备11-13
• 1.1.2 纳米金催化剂的应用领域13-16
• 1.1.3 影响金催化剂催化活性的因素16-18
• 1.2 CeO_2纳米材料18-21
• 1.2.1 CeO_2纳米材料的应用19-20
• 1.2.2 二氧化铈负载型金纳米催化剂20-21
• 1.3 本论文研究课题的选题和研究内容21-23
• 1.4 参考文献23-28
• 第二章 实验试剂28-32
• 2.1 实验试剂28-29
• 2.2 实验仪器29
• 2.2.1 材料制备使用的主要设备29
• 2.3 催化材料的表征方法29-31
• 2.3.1 X射线衍射测试(XRD)29-30
• 2.3.2 透射电子显微镜(TEM)30
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)30
• 2.3.4 材料的比表面积和孔结构测定30-31
• 2.3.5 热重分析(TGA)31
• 2.3.6 紫外可见吸收光谱(UV-vis)31
• 2.4 催化剂反应性能的评价31-32
• 第三章 空心多孔氧化铈微球的制备以及作为金催化载体的性能研究32-46
• 3.1 前言32-33
• 3.2 实验部分33-34
• 3.2.1 二氧化铈空心球的制备33
• 3.2.2 催化剂的表征和性能评价33-34
• 3.3 结果与讨论34-43
• 3.4 本章小结43-44
• 3.5 参考文献44-46
• 第四章 空心核壳CeO_2/Au@SiO_2复合催化剂的制备和性能研究46-58
• 4.1 前言46-47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 催化剂的制备47
• 4.2.2 催化剂的表征和性能评价47-48
• 4.3 结果与讨论48-55
• 4.4 本章小结55-56
• 4.5 参考文献56-58
• 第五章 SiO_2/Au/CeO_2核壳型催化剂的制备与性能研究58-69
• 5.1 前言58-59
• 5.2 实验部分59-60
• 5.2.1 催化剂的制备59
• 5.2.2 催化剂的表征和性能评价59-60
• 5.3 结果与讨论60-66
• 5.4 本章小结66-68
• 5.5 参考文献68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 攻读硕士学位期间研究成果71-72
• 致谢72

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本文编号：713702