金属@三维石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征及催化性能研究

发布时间：2017-09-20 08:43

  本文关键词：金属@三维石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征及催化性能研究

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【摘要】：碳纳米材料具有独特的结构和优异电学、力学、化学性能,从零维富勒烯—一雍破纳米管——二维石墨烯,碳纳米材料的不断发展为负载型贵金属催化剂的发展提供了更多新机遇。石墨烯作为当前最热门的碳材料,除具有碳纳米管等传统碳材料大比表面积、良好导电、导热、化学稳定性外,其独特的二维平面结构更有利于贵金属活性中心的负载。但是,石墨烯负载的贵金属催化剂通常是以类均相的状态分散在反应体系中,分散性较差、易团聚,导致催化效果下降,其次经多次离心或过滤回收处理后,石墨烯负载的贵金属催化剂极易流失,需不断补充新催化剂,增加催化反应成本。基于以上分析,我们以氧化石墨烯为前驱体,通过水热法一步制备了具有三维大孔稳定结构的Pt@3D (Three Dimensional)以及Pt-Cu@3D宏观石墨烯材料作为催化剂,对其结构进行表征,并考察了其催化性能。论文的研究工作主要分为两个部分,第一部分是Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征及催化性能研究,第二部分是Pt-Cu@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征与催化性能研究。具体研究内容如下：1. Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征及催化性能研究利用Hummers法制备含氧官能团较为丰富的氧化石墨烯,H2PtCl6·6H2O提供Pt源,以维生素C作为还原剂,采用一步水热法制备了Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂。此过程中,我们探讨了制备石墨烯三维大孔催化剂的最佳条件。为考察其催化性能,选取了对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的反应为模型反应,并研究了贵金属负载量、反应温度、还原剂NaBH4的量等对此反应的影响。除此之外,对比了Pt@rGO均相复合催化剂以及Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂二者的催化循环使用效果,实验证明,Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂的催化效果较好。最后,利用XRD、SEM、TEM、XPS、ICP等测试方法对催化剂进行了表征。表征结果表明,所制备的石墨烯三维宏观催化剂孔道丰富,且孔径较均匀。2. Pt-Cu@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征与催化性能研究由于贵金属价格较高,制备催化剂的成本较高,为了降低成本,引入金属Cu,改变Pt和Cu的质量比,以同样方法制备了一系列Pt-Cu@3D石墨烯大孔复合催化剂,为考察其催化性能,仍以对硝基苯酚的还原反应为模型反应,通过实验确定Pt与Cu的最佳质量比为3：5,利用XRD、SEM、TEM、EDX、XPS、HRTEM等方法对最优催化剂进行了表征。除此之外,我们还改变了前驱体氧化石墨烯的浓度,以考察氧化石墨烯浓度对宏观材料的影响,其他条件均保持一致,氧化石墨烯浓度越大,所制备的三维石墨烯大孔材料的孔径越小,金属纳米颗粒的粒径反而增大,但是反应底物的转化率并没有下降,因此可以表明粒径并不是影响催化剂效果的唯一因素；当氧化石墨烯浓度低于0.5mg/g时,便不能再形成稳定的三维大孔结构。
【关键词】：三维大孔石墨烯 制备 金属 复合催化剂 催化性能
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-40
• 1.1 石墨烯简介13-14
• 1.1.1 石墨烯的电子性质和能带结构13
• 1.1.2 石墨烯的热导性质13-14
• 1.1.3 石墨烯的力学性质14
• 1.1.4 石墨烯重要的化学性质14
• 1.2 宏观石墨烯14-30
• 1.2.1 一维石墨烯纤维15-19
• 1.2.1.1 纯石墨烯纤维15-16
• 1.2.1.2 石墨烯-polymer复合纤维16-17
• 1.2.1.3 石墨烯-nano-object复合纤维17-18
• 1.2.1.4 石墨烯-doped复合纤维18
• 1.2.1.5 一维石墨烯纤维的主要应用18-19
• 1.2.2 二维石墨烯纸/膜19-23
• 1.2.2.1 纯二维石墨烯纸/膜19-20
• 1.2.2.2 二维石墨烯复合纸/膜20
• 1.2.2.3 石墨烯-polymer复合纸/膜20-21
• 1.2.2.4 石墨烯-nano-object复合纸膜21-22
• 1.2.2.5 二维石墨烯膜纸/膜的主要应用22-23
• 1.2.3 三维石墨烯块体材料23-30
• 1.2.3.1 纯的石墨烯块体材料(石墨烯水凝胶/气凝胶)24-25
• 1.2.3.2 三维石墨烯-聚合物块体材料25-26
• 1.2.3.3 三维石墨烯块体材料的制备方法26-29
• 1.2.3.4 三维石墨烯块体材料的主要应用29-30
• 1.3 本论文的选题依据和研究内容30-33
• 参考文献33-40
• 第二章 Pt@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征及催化性能研究40-66
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验部分41-48
• 2.2.1 实验药品及仪器41-43
• 2.2.2 催化剂的制备43-44
• 2.2.3 催化剂的表征44-46
• 2.2.4 对硝基苯酚的还原反应46-48
• 2.3 结果与讨论48-63
• 2.3.1 催化剂的最佳制备条件48
• 2.3.2 不同负载量的催化剂的催化效果48-53
• 2.3.3 NaBH_4的最佳使用量53-54
• 2.3.4 反应温度对转化率的影响54-55
• 2.3.5 催化剂的循环使用55-56
• 2.3.6 反应底物的拓展56-57
• 2.3.7 催化剂的表征与讨论57-63
• 2.4 本章小结63-64
• 参考文献64-66
• 第三章 Pt-Cu@3D石墨烯大孔复合催化剂的制备、表征与催化性能研究66-84
• 3.1 引言66-67
• 3.2 实验部分67-69
• 3.2.1 实验药品及仪器67-68
• 3.2.2 催化剂的制备68
• 3.2.3 催化剂的表征68-69
• 3.3 结果与讨论69-81
• 3.3.1 Pt与Cu最佳负载量的探究69-71
• 3.3.2 催化剂的最佳处理量71
• 3.3.3 催化剂的催化活性及循环使用性71-73
• 3.3.4 催化剂的表征73-80
• 3.3.5 反应底物的拓展80-81
• 3.4 本章小结81-82
• 参考文献82-84
• 第四章 总结与展望84-86
• 附录：硕士期间发表的文章86-87
• 致谢87

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