两维材料限域金属纳米催化剂的构建和催化性能研究

发布时间：2017-12-15 03:00

  本文关键词：两维材料限域金属纳米催化剂的构建和催化性能研究

  更多相关文章： 石墨烯 六方氮化硼(h-BN) 两维材料/金属界面 核-壳结构 限域效应 CO氧化 合成气甲烷化 氢氧化(HOR)

【摘要】：在纳米催化的研究和实践中通过改变纳米粒子的尺寸、形貌、组成可以有效调变催化性能。此外,还可以在催化剂表面构建合适的限域微环境对表面化学和反应进行有效调控。本论文探索在金属催化剂表面上构建两维材料形成金属@两维材料核壳纳米结构,利用两维材料与金属表面之间的限域作用来调变催化剂表面的微观环境,提高催化剂的活性,选择性及稳定性。主要利用石墨烯和六方氮化硼(h-BN)限域金属Pt和Ni构建了 Pt@C和Ni@h-BN催化剂。选择CO氧化,合成气甲烷化和氢氧化(HOR)作为探针反应研究两维材料/金属纳米粒子界面间的限域效应对催化反应的影响。主要研究内容及结果如下:1.Pt@C核-壳结构催化剂的构建及其在CO氧化反应中的性能:利用化学气相沉积法以乙烯为碳源在Pt纳米粒子表面生长石墨烯壳层结构。拉曼,酸洗处理和程序升温氧化实验结果说明当生长温度为450 ℃可以在Pt纳米粒子表面形成少数层有缺陷的石墨烯结构。Pt纳米粒子表面的石墨烯结构可以促进Pt催化CO氧化反应,使得CO氧化反应表观活化能降低30 kJ/mol。100 ℃时,Pt@C/SiO2催化剂CO氧化反应的TOF是Pt/SiO2催化剂的3倍。CO脉冲化学吸附以及CO原位红外表征结果证实CO氧化反应是在石墨烯/Pt界面上发生。2.h-BN限域Ni催化剂的构建及其催化甲烷化反应性能:高分辨电镜表征结果证明成功制备少数层h-BN覆盖的Ni@h-BN核-壳结构催化剂。发现Ni@h-BN/SiO2催化剂具有优异的合成气甲烷化反应活性,表面h-BN壳层结构可以大大提高催化剂的稳定性。原位近常压X-射线光电子能谱表征和H2脉冲化学吸附实验数据说明CO和H2分子可以在被h-BN覆盖的Ni纳米粒子表面吸附并且发生合成气甲烷化反应。3.Ni@h-BN核-壳催化剂用于氢氧化(HOR)反应研究:与Ni/C催化剂相比,Ni@h-BN/C催化剂催化HOR反应动力学速率明显增加。其交换电流密度是Ni/C催化剂的6倍。X-射线光电子能谱表征结果,程序升温氧化和循环伏安实验结果都说明h-BN壳层可以提高Ni表面的抗氧化性,理论计算结果也证明表面h-BN壳层可以有效弱化Ni-Oad和Ni-Had的相互作用使得HOR反应活性提高。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

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