介孔碳纳米球负载金、钯催化剂的合成及应用

发布时间：2017-09-25 15:30

  本文关键词：介孔碳纳米球负载金、钯催化剂的合成及应用

  更多相关文章： 有序介孔碳纳米球 金纳米粒子 钯纳米粒子 选择性加氢

【摘要】：介孔碳材料是一种常用的金属催化剂载体。但金与碳载体相互作用较弱,较难控制金碳催化剂的稳定性。块状介孔碳载体孔道规整,扩散孔道长,负载金属纳米粒子易造成孔道堵塞,可能产生较为严重的内扩散限制。此外,介孔碳表面纳米粒子表面性质对催化活性具有重要影响,但相关研究较少。针对这些问题,本论文通过低浓度水热方法合成纳米介孔碳球负载金(Au/MCN)、钯催化剂(Pd/MCN),其具有纳米球尺寸均一,金属粒子被介孔碳墙固定、分布均匀、尺寸小等特点。研究负载金属催化剂在水相中硝基苯以及肉桂醛还原加氢反应中催化性能,探讨介孔碳球孔道结构对内扩散的影响并考察嵌入碳载体上纳米粒子表面性质对催化剂性能的影响。首先通过一步法合成负载在介孔碳纳米球上金催化剂,并将其应用于芳硝基化合物的还原加氢反应。这种材料具有较高的比表面积(650 m2/g)、大的孔体积(0.47 cm3/g)、均一的孔径(2.5 nm)以及高的孔隙率,尺寸大小为2.8 nm的金纳米粒子被限域在碳骨架中,纳米球尺寸的直径约为90 nm。即使煅烧温度升至700℃,也未见金纳米粒子团聚,表明催化剂具有较高的热稳定性。分别以硼氢化钠和氢气为还原剂,金催化剂在芳硝基化合物的还原加氢反应上均表现出较高的催化活性和选择性。以对硝基苯酚以及分子尺寸更大的2.6-二甲基硝基苯为底物,通过M-B测试,表明催化剂不存在内扩散的影响,介孔碳纳米球开放的孔道结构,较短的扩散孔道,都有利于反应物的扩散。通过负载金催化剂CO原位漫反射红外光谱测试,证明介孔碳载体表面形成小尺寸纳米金团簇,其“台阶”表面上存在大量低配位的中性金原子,有利于H2的解离吸附,提高其加氢催化活性。其中,以硼氢化钠为氢源时,催化剂对硝基苯酚、邻硝基苯酚、2-硝基-4-叔丁基苯酚、2.6-二甲基硝基苯的转化频率分别为13.8、16.0、7.7和25.8 min-1。在以氢气作为还原剂参与高压反应时,对硝基苯酚和对氯硝基苯的转化频率分别为14.2和27.8 min-1。通过重复试验、热过滤实验和用巯基功能化的SBA-15作为捕获剂的实验,未见明显Au流失以及催化剂活性下降,都表明该材料具有较高的稳定性。其次,通过后负载的方法合成氮掺杂的钯介孔碳纳米球催化剂材料(Pd/MCN)。催化剂具有较高的比表面积(222 m2/g),大的孔体积(0.25 cm3/g),均一的孔径3.5 nm,纳米球直径约为100 nm,钯粒径大小约为3.5 nm。研究了Pd/MCN催化水相中肉桂醛高压加氢反应活性,在氢气压力为1 MP的条件下,肉桂醛在3 h达到完全转化,且3-苯丙醛选择性高达100%。本文第四章中,对全文进行总结。
【关键词】：有序介孔碳纳米球 金纳米粒子 钯纳米粒子 选择性加氢
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-30
• 1.1 引言10
• 1.2 金属纳米材料概述10-14
• 1.2.1 纳米金催化剂10-11
• 1.2.2 纳米金催化性质11-12
• 1.2.3 纳米金催化剂制备方法12-14
• 1.3 介孔材料概述14-15
• 1.4 介孔材料的合成与机理15-19
• 1.4.1 软模板法16-19
• 1.4.2 硬模板法19
• 1.5 介孔材料结构19-21
• 1.6 介孔碳材料21-23
• 1.7 不同结构及形貌的介孔材料的合成23-26
• 1.7.1 介孔纳米粒子或微球材料23-26
• 1.8 介孔材料的应用26-28
• 1.8.1 介孔材料在催化领域的应用及挑战26
• 1.8.2 原子掺杂的介孔催化剂26-27
• 1.8.3 负载有纳米粒子的介孔催化剂27
• 1.8.4 负载有分子催化剂的介孔材料27-28
• 1.9 选题意义28-30
• 1.9.1 研究方案29-30
• 第二章 负载在介孔碳纳米球上金催化剂的合成及应用30-57
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-36
• 2.2.1 试剂和原料31-32
• 2.2.2 有序介孔碳纳米球负载金催化剂的合成 (Au/MCN)32-33
• 2.2.3 对比催化剂的合成33-34
• 2.2.4 催化性能测试34-36
• 2.3 催化剂的表征36-37
• 2.4 结果与讨论37-56
• 2.4.1 有序介孔碳纳米球负载金催化剂的合成37-43
• 2.4.2 对比催化剂的合成43-49
• 2.4.3 负载在介孔碳上金催化剂的CO吸附49-50
• 2.4.4 催化性能考察50-56
• 2.5 本章小结56-57
• 第三章 氮掺杂介孔碳纳米球上钯催化剂的合成及应用57-67
• 3.1 引言57-59
• 3.2 实验部分59-61
• 3.2.1 试剂和原料59
• 3.2.2 负载在介孔碳纳米球上氮掺杂钯催化剂的合成 (Pd/MCN)59-60
• 3.2.3 催化性能测试60-61
• 3.3 催化剂的表征61
• 3.4 结果与讨论61-66
• 3.4.1 负载在介孔碳纳米球上氮掺杂钯催化剂的合成61-64
• 3.4.2 催化性能考察64-65
• 3.4.3 重复反应65-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第四章 全文总结67-68
• 参考文献68-78
• 附录一：名词缩写说明78-79
• 附录二 作者简历和论文发表情况79-80
• 致谢80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭艳;田瑞雪;董英鸽;胡胜亮;;电化学刻蚀制备的荧光碳纳米颗粒[J];发光学报;2012年02期

2 李甫;程博闻;康卫民;李磊;;新型碳纳米纸国内外研究进展[J];功能材料;2014年02期

3 郑瑞廷;程国安;赵勇;刘华平;梁昌林;;乙炔催化裂解制备碳纳米带及其结构表征[J];新型炭材料;2005年04期

4 吴承汕;;日科学家称纯净碳纳米突对人体细胞基本无害[J];功能材料信息;2006年05期

5 夏晓红;罗永松;徐向菊;余雪里;贾志杰;;大批量生产单分散碳纳米棒(英文)[J];华中师范大学研究生学报;2006年01期

6 陈坚;曹志群;谢美求;陈泽宗;;碳纳米球的制备研究[J];金属材料与冶金工程;2007年04期

7 张清林;夏明霞;宁乃东;李红星;蔺西伟;王岩国;;原位电子束诱导沉积制备碳纳米结构[J];电子显微学报;2007年04期

8 王茂发;邹小平;程进;张红丹;任鹏飞;李飞;朱光;;催化燃烧法合成碳纳米线[J];微纳电子技术;2007年Z1期

9 卢利平;;又一种高性能新型碳纳米管材问世[J];功能材料信息;2007年03期

10 张忠模;;可有效抗治肿瘤的含碳纳米突复合体问世[J];功能材料信息;2008年Z1期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 何小蝶;李海涛;刘阳;;水溶性荧光碳纳米粒子的合成与表征[A];中国化学会第27届学术年会第13分会场摘要集[C];2010年

2 刘阳;;荧光碳纳米粒子的合成、催化与生物检测[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

3 黄超伯;钱勇;赖垂林;陈水亮;李婷婷;王素琴;侯豪情;;虎尾型碳纳米结构[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

4 朱志远;巩金龙;朱德彰;;荷能粒子驱动的碳纳米结构构建[A];第一届中国核技术及应用研究学术研讨会摘要文集[C];2006年

5 王茂发;邹小平;程进;张红丹;任鹏飞;李飞;朱光;;催化燃烧法合成碳纳米线[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年

6 周涛;姚永毅;杨堂;吴玉蓉;向瑞礼;;聚丙烯腈在离子液体中均相热稳定化制备碳纳米球[A];中国化学会第28届学术年会第17分会场摘要集[C];2012年

7 刘阳;;碳纳米粒子的荧光特性及其在催化与生物检测领域的应用[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年

8 李海涛;刘阳;黄慧;;一步超声法合成水溶性荧光碳纳米粒子及其优异荧光性质[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年

9 曾珍;卢港龙;刘剑飞;;碳纳米结构原子模型自动生成方法[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

10 龚俊;安学勤;;荧光碳纳米粒子的制备和性质研究[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前8条

1 记者 张可喜;日本科技寻求突破 碳纳米战场决雌雄[N];新华每日电讯;2001年

2 陈丹;《科学美国人》杂志点评2006[N];科技日报;2006年

3 华凌;全碳纳米晶体管耐揉且性能良好[N];科技日报;2012年

4 ;德科学家研制出超硬纳米材料[N];光明日报;2005年

5 本报记者 冯卫东;车窗“兼职”显示屏[N];科技日报;2010年

6 记者 吴仲国;日本用碳纳米线圈制成电子枪[N];科技日报;2001年

7 樱敬;GSI Creos的新型纳米碳复合材料方面有望发挥威力[N];中国有色金属报;2002年

8 记者 何德功;世界最小的碳纳米温度计问世[N];科技日报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 胡耀平;荧光碳点的合成、表征和形成机理及其传感作用研究[D];南京大学;2015年

2 郑学刚;荧光碳纳米颗粒制备及其白光转换应用研究[D];曲阜师范大学;2015年

3 张鹏;新型生物质碳基催化剂的绿色制备及催化性能的研究[D];大连理工大学;2015年

4 胡可可;碳纳米电极的制备方法及电化学性能研究[D];北京理工大学;2015年

5 刘勇;氮掺杂碳纳米材料的制备及其在电容去离子中的应用[D];华东师范大学;2016年

6 姜晓萍;新型多孔碳材料的制备、表征及性能研究[D];北京科技大学;2016年

7 孙燕明;碳纳米线圈的热、电特性及其复合碲化银纳米热电材料的研究[D];大连理工大学;2016年

8 王华;基于碳纳米墙的半导体复合材料制备、表征及其光催化性能研究[D];大连理工大学;2008年

9 李明;碳纳米结与柔性电子器件力学性能的数值分析[D];大连理工大学;2012年

10 马赫;碳纳米管生长机理及碳纳米线圈光电特性研究[D];大连理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郑婷;基于碳纳米管的碳纳米导电纸制备及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 高磊;碳纳米管基磁性复合材料分离分析食品中农药残留的研究[D];东北林业大学;2015年

3 赵洋;MWCNTs等碳纳米粒子对PTT/PC结晶性能的调控研究[D];青岛科技大学;2016年

4 崔龙斌;Fe_3O_4/SWCNHs复合材料的制备及其应用研究[D];北京理工大学;2016年

5 张凯;弯折和弯曲型碳纳米豆荚结构中富勒烯聚合机制[D];江苏大学;2016年

6 张薇薇;洋葱状碳纳米球的高压结构相变研究[D];吉林大学;2016年

7 孙远慧;利用氢化有效调控锯齿形硼氮碳纳米条带的电磁学性质[D];吉林大学;2016年

8 张晓;碳纳米量子点的制备及其醇的催化氧化性能研究[D];暨南大学;2016年

9 陆慧佳;掺杂中空碳纳米球的制备及其在电催化氧还原反应中的应用[D];东南大学;2015年

10 刘燕;新型钯吸附剂的制备及其性能的研究[D];云南大学;2016年

，

本文编号：918138