聚膦腈纳米材料的功能化及其在催化领域的应用

发布时间：2017-10-05 01:00

  本文关键词：聚膦腈纳米材料的功能化及其在催化领域的应用

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【摘要】：聚膦腈纳米材料作为一种富含有N、P、S等杂原子的新型的有机/无机相互杂化而成的高分子材料,现已较为普遍的应用于药物载体、传感器、电化学催化等方面,特别是作为催化剂载体在催化领域具有巨大的潜在应用价值。近年来,人们已经成功制备出具有可控的形状以及尺寸的贵金属纳米粒子,但是由于其粒径较小、比表面积较大,造成材料的比表面能增大,在催化反应过程中贵金属纳米粒子很容易发生团聚现象,从而降低了其的催化活性。此外,由于此类材料的价格通常较为昂贵,其单独作为催化剂使用造价较高。因此,选择合适的催化剂载体(如多孔碳材料、活性炭、聚合物纳米管、聚合物纳米纤维、Fe3O4、SiO2等),将贵金属纳米粒子固载化制备出负载型的贵金属纳米催化剂成为解决上述问题的有效途径。本文中,我们将富含羟基和杂原子的聚膦腈纳米材料及其碳材料选作为贵金属催化剂的载体,利用载体材料和表面负载上的贵金属纳米粒子之间的较强的络合相互作用,成功的将较小粒径的贵金属纳米粒子均匀的负载到了载体材料的表面,并深入的研究了所制备出的贵金属纳米催化剂材料在对硝基苯酚(4-NP)催化还原这一典型的催化反应中的催化性能。具体研究内容如下:(1)我们选用一种较为简单便捷的共同沉淀聚合法制备出直径均一的富含大量杂原子的聚膦腈(PZS)微球。将所合成的PZS微球作为前驱体,经过高温碳化最终制备出仍保留有(N、S、P、O等)杂原子且具有较高比表面积的的多孔碳球(C-PZS)。此后将其作为催化剂载体,采用简便的微波还原法,在催化剂载体表面原位生长PtNPs。结果表明粒径约为2nm的Pt纳米粒子均匀的负载到多孔碳球的表面,这可以归功于C-PZS催化剂载体材料上杂原子N、P、S等杂原子的存在,这些杂原子的存在可以作为PtNPs成核过程中的活性位点进而限制纳米粒子的进一步长大。且最终制备的PtNPs@C-PZS复合材料对于4-NP具有优异的催化活性。(2)为了进一步提高催化剂对于4-NP催化还原反应的催化能力,我们通过原位模板法成功制备出富含大量羟基的聚膦腈纳米管(PZS NTs),并将其选作为催化剂载体,采用共同还原法将Au-Ag双金属纳米粒子以较小的粒径均匀的负载到载体材料的表面。并通过调控两种贵金属前驱体溶液的配比可以简便的调节载体表面两种贵金属的负载量,进而达到调控催化剂的催化性能的目的。实验结果表明利用此种简便的共同还原方法所制备出的Au-Ag@PZS NTs复合材料中Au-Ag NPs的粒径较为均一(约为2-4nm)且在PZS NTs的表面分散较为均匀,经分析主要原因是PZS NTs富含羟基和杂原子,因而与贵金属离子之间的络合作用会更强,其促使最终经过原位还原方法而生成的贵金属纳米粒子在载体材料的表面较为均匀的分散。此外,通过对Au-Ag@PZS NTs整体催化性能的研究结果表明,由于双金属Au和Ag之间的协同效应,其催化性能明显优于仅仅负载有Au或者Ag单独的贵金属催化剂。
【关键词】：聚膦腈 多孔碳球 聚合物纳米管 杂原子 催化活性 对硝基苯酚
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 课题背景及意义11-33
• 1.1 聚膦腈纳米材料11-19
• 1.1.1 聚膦腈材料的结构特征与性质11-12
• 1.1.2 聚膦腈材料的分类12-14
• 1.1.3 聚膦腈材料的功能化及其在催化领域中的应用14-19
• 1.2 贵金属纳米催化剂19-26
• 1.2.1 贵金属纳米催化剂的性质19
• 1.2.2 贵金属纳米催化剂的制备方法及应用19-22
• 1.2.3 负载型的贵金属纳米催化剂22-26
• 1.3 双金属纳米催化剂26-29
• 1.3.1 双金属纳米催化剂的结构与性能26-27
• 1.3.2 双金属纳米催化剂的合成方法与应用27-29
• 1.4 贵金属纳米催化剂对于 4-NP的催化还原29-31
• 1.4.1 催化 4-NP还原的机理和意义29-30
• 1.4.2 可用于 4-NP催化还原的贵金属催化剂类型30-31
• 1.5 本课题研究的内容及意义31-33
• 第二章 Pt@C-PZS负载型贵金属纳米催化剂的合成及其催化性能的研究33-48
• 2.1 引言33-34
• 2.2 主要的实验试剂以及实验仪器34-35
• 2.3 实验部分35-37
• 2.3.1 C-PZS多孔碳球的制备35-36
• 2.3.2 Pt@C-PZS负载型贵金属纳米催化剂的制备36
• 2.3.3 样品的表征36
• 2.3.4 4-NP的催化还原实验36-37
• 2.4 结果与讨论37-47
• 2.4.1 PZS微球及多孔碳球的形貌及结构表征37-40
• 2.4.2 Pt@C-PZS纳米复合材料的形貌及结构表征40-43
• 2.4.3 PtNPs@C-PZS复合材料对 4-NP的催化还原性能43-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第三章 双金属纳米催化剂Au-Ag@PZS NTs的制备及在 4-NP催化还原反应中的应用48-64
• 3.1 引言48-49
• 3.2 主要实验试剂以及仪器49-50
• 3.3 实验过程50-52
• 3.3.1 聚膦腈纳米管 （PZS NTs）的制备50
• 3.3.2 双金属纳米催化剂Au-Ag@PZS NTs的制备50-51
• 3.3.3 样品的表征51
• 3.3.4 4-NP的催化性能测试51-52
• 3.4 结果与讨论52-62
• 3.4.1 PZS NTs的形貌和结构表征52-53
• 3.4.2 Au-Ag@PZS NTs双金属催化剂的形貌和结构表征53-58
• 3.4.3 Au-Ag@PZS NTs对于 4-NP的催化性能表征58-62
• 3.5 本章小结62-64
• 第四章 结果与展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 个人简历及硕士期间发表论文与科研成果73
• 个人简历73
• 硕士期间发表论文73

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本文编号：973828