中空多核Multi-Pd@HCS催化剂制备及其直接合成H 2 O 2 应用

发布时间：2023-02-27 20:54

　　以H2和O2为原料,利用Pd基催化剂直接催化合成H2O2的方法,因其高效低成本、绿色环保的优点,成为研究热门领域。学者在围绕各种结构的催化剂进行的研究中发现,核壳结构催化剂能保护活性组分,防止其脱落团聚。其中,中空单核催化剂的壳层上丰富的孔道和催化剂微反应器内部空腔,为催化反应的生成物和原料提供了较多反应场所和通道。但该催化剂的缺点在于,由于一核一壳的结构,其提供的Pd活性表面有限,导致即便H2吸附量提高,但合成H2O2活性依旧受限。因此,非常有必要提高单个催化剂内Pd的暴露面积。针对以上问题,本文设计并制备一种新型中空多核一壳催化剂Multi-Pd@HCS,即内嵌式多Pd中空碳球催化剂,形成多个Pd纳米粒子为活性核、多孔碳为壳层结构的催化剂。该催化剂的外部壳层能保护活性组分Pd,防止其脱落团聚,同时多个活性核也最大程度地增加活性位点面积,提高催化活性。因此,本文从原位还原的Pd粒子粒径、空腔直径、壳层性质三方面,制备系列中空多核一壳催化剂Multi-Pd@HCS,通过TEM、XRD、FTIR、TPO-MS等多种表征手段对催化剂进行分析,并于常态下测定催化剂合成H2O2性能。具体研究内...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 H₂O₂性质及其应用
    1.2 H₂O₂合成方法
        1.2.1 H₂O₂合成方法
        1.2.2 氢氧直接合成H₂O2

    1.3 直接合成H₂O₂的Pd基催化剂
        1.3.1 Pd基负载型催化剂
            1.3.1.1 载体改性
            1.3.1.2 活性组分Pd改性
        1.3.2 Pd基核壳结构催化剂
            1.3.2.1 核壳结构催化剂介绍
            1.3.2.2 Pd基核壳结构催化剂在H₂O₂合成中的应用
    1.4 多核-壳催化剂
        1.4.1 多核-壳催化剂介绍
        1.4.2 纳米颗粒成核理论
    1.5 研究思路及内容
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂与仪器
    2.2 多核一壳Multi-Pd@HCS催化剂的制备
    2.3 催化剂的表征
        2.3.1 透射电镜(TEM)
        2.3.2 X-射线能谱分析(EDS)
        2.3.3 晶型结构分析(XRD)
        2.3.4 N2吸附/脱附(BET)
        2.3.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)
        2.3.6 化学吸附仪联用质谱仪(TPO-MS)
        2.3.7 激光粒度分析仪
        2.3.8 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)
    2.4 催化剂的催化性能评价
        2.4.1 氢氧直接合成H₂O₂的反应实验装置及流程
        2.4.2 GC-9560型气相色谱仪的色谱条件
        2.4.3 混合气体计算方法
        2.4.4 H₂O₂浓度的滴定
        2.4.5 催化剂性能指标的计算
第三章 中空多核催化剂Multi-Pd@HCS制备及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 Multi-Pd@HCS的设计合成路线和表征分析
        3.2.1 Multi-Pd@HCS的设计合成路线
        3.2.2 SiO₂氨基改性前后的FTIR、TPO-MS表征
        3.2.3 Multi-Pd@HCS的TEM表征
    3.3 改性溶剂对Multi-Pd_{modifiedsolvent}@HCS性能的影响
    3.4 前驱体H2Pd Cl4 浓度对Multi-Pd_{concentration}@HCS结构性能的影响
        3.4.1 Multi-Pd_{concentration}@HCS的 XRD表征
        3.4.2 Multi-Pd_{concentration}@HCS的催化活性结果
    3.5 还原剂种类对Multi-Pd_{reducing agent}@HCS结构性能的影响
        3.5.1 Multi-Pd_{reducing agent}@HCS的 XRD表征
        3.5.2 Multi-Pd_{reducing agent}@HCS的催化活性结果
    3.6 还原时间对Multi-Pd_{reducing time}@HCS结构性能的影响
        3.6.1 Multi-Pd_{reducing time}@HCS的 XRD表征
        3.6.2 Multi-Pd_{reducing time}@HCS的催化活性结果
    3.7 本章小结
第四章 空腔直径和Pd粒径对Multi-Pd@HCS合成H₂O₂ 性能的影响
    4.1 引言
    4.2 不同粒径的SiO₂的XRD表征和粒径分布
    4.3 Multi-Pd@HCS_{cavity diameter}的 TEM表征
    4.4 Multi-Pd@HCS_{cavity diameter}的 XRD表征
    4.5 Multi-Pd@HCS_{cavity diameter}的 BET表征
    4.6 Multi-Pd@HCS_{cavity diameter}的催化活性结果
    4.7 Multi-Pd@HCS_{cavity diameter}内反应物分子运动的计算机模拟
    4.8 本章小结
第五章 壳层结构对Multi-Pd@HCS合成H₂O₂ 性能的影响
    5.1 引言
    5.2 造孔剂CTAB添加量对Multi-Pd@HCS_CTAB结构性能的影响
        5.2.1 Multi-Pd@HCS_CTAB的 XRD表征
        5.2.2 Multi-Pd@HCS_CTAB的催化活性结果
    5.3 硬模板SiO₂添加量对Multi-Pd@HCSSiO2
结构性能的影响
    5.4 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
附:模拟程序源代码
参考文献
附录



本文编号：3751426

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