基于层状双金属氢氧化物的碳基杂化催化材料的制备、结构及性能

发布时间：2017-04-19 08:44

  本文关键词：基于层状双金属氢氧化物的碳基杂化催化材料的制备、结构及性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无机碳纳米材料主要是指以sp2杂化轨道形成的碳单质材料,由于其特殊的电子传递能力,良好的化学热力学稳定性,在众多领域都得到深入研究应用。尤其在催化领域,碳材料作为催化剂的载体,相比其他载体有许多优势,首先碳材料具有良好的电子传递性能,可以加强催化过程中的电子转移；其次碳材料的大TT键及表面官能团有利于对催化物质的吸附,加速催化反应的进行；碳材料的耐高温耐腐蚀性能有利于提高催化剂的应用范围和稳定性；碳的引入通常可以降低催化剂活性组分的团聚,提高活性位的暴露。近年来,石墨态氮化碳作为碳材料的延伸成为新的研究重点之一,由于N原子比C原子多出一个电子,使得石墨态氮化碳比传统的碳材料具有更好的电子传递能力,石墨态氮化碳本身作为一种无金属催化剂也在氧化催化,光催化等催化领域得到研究。层状双金属氢氧化物(LDH)作为一种含有双金属的层状材料,具有层间阴离子可变,层板金属离子易调控等可塑性,使LDH在光催化,电催化,工业催化等众多领域展现出良好的性能,具有广泛的应用前景。同时由于LDH自身结构的限域作用,可以有效降低煅烧还原后金属氧化物或金属的团聚,有利于活性中心的分散。这些性质对于催化剂的设计是非常有利的,以LDH或者LDH为前体制备催化剂是非常值得研究的方向。本文设计制备出多种基于LDH的碳基杂化纳米催化材料：(一) ZnCr-LDH/G纳米复合材料。通过氧化石墨烯定位金属离子,在碱性环境一步还原生成：LDH/石墨烯复合材料,这种合成方法,氧化石墨烯得到充分的还原,氧化石墨烯对金属离子的预定位效应,使得ZnCr-LDH高分散在石墨烯表面,ZnCr-LDH片的负载也抑制了石墨烯片层的堆叠。同时由于石墨烯的引入增强了石墨烯片与ZnCr-LDH之间的电子传递以及ZnCr-LDH层板上Cr06活性点的暴露,使得ZnCr-LDH/G纳米复合材料在光催化过程中展现出高活性。(二)B-Ni/C杂化材料。通过插层方式,成功将助催化组分硼引入到Ni基催化剂结构中,并呈高分散的状态。利用葡萄糖碳化形成的无定型碳将B-Ni从LDH前体中自还原出来,减少了催化剂还原的能耗。无定型碳的加入增强了催化过程中的电子传递,提高了Ni活性中心的暴露,同时B-Ni之间形成了较强的相互作用,有利于Ni在催化过程中吸附C-Cl化学键。(三)ZnIn-MMO/C3N4杂化半导体材料。利用三聚氰胺与LDH为前体,通过高温煅烧形成MMO/C3N4结构,以LDH为前体制备的复合金属氧化物,相比于其他方法制备的复合金属氧化物具有更好的分散性。石墨态氮化碳的引入,进一步增强了对活性组分的分散。ZnO,In2O3, g-C3N4之间杂化,减缓了光生电子空穴的复合,对可见光降解产生了积极的作用。(四)利用高温制备氮化碳过程中产生的还原性气体,一步自还原出了氮化碳包裹NiFe合金的核壳结构,这种新的NiFe@氮化碳结构,在催化过程中可以充分有机结合氮化碳及合金各自优势,是一种具有潜在应用前景的新结构材料。
【关键词】：碳纳米复合材料 层状双金属氢氧化物 催化反应 催化机理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB33
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-19
• 第一章 绪论19-48
• 1.1 碳材料概述19-30
• 1.1.1 石墨烯研究现状19-26
• 1.1.2 无定型碳研究概况26-27
• 1.1.3 石墨态-氮化碳(g-C_3N_4)的研究现状27-30
• 1.2 层状双金属氢氧化物(LDH)研究现状30-32
• 1.2.1 LDH简介30
• 1.2.2 LDH的特性30-31
• 1.2.3 LDH的制备31
• 1.2.4 LDH的应用31-32
• 1.3 碳纳米复合材料发展现状32-36
• 1.3.1 纳米材料简介32
• 1.3.2 碳纳米复合材料简介32-36
• 1.4 论文选题目的与意义36-37
• 1.5 论文主要研究内容37-38
• 参考文献38-48
• 第二章 实验部分48-52
• 2.1 实验相关试剂48
• 2.2 样品结构性能表征48-52
• 2.2.1 粉末X射线衍射(XRD)48-49
• 2.2.2 透射电子显微镜(TEM),高分辨电子显微镜(HRTEM)49
• 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)49
• 2.2.4 程序升温物理吸附分析仪(BET)49
• 2.2.5 电子顺磁共振仪(ESR)49
• 2.2.6 瞬态吸收光谱仪(TAS)49-50
• 2.2.7 等离子发射光谱仪分析(ICP)50
• 2.2.8 扫面探针电镜(AFM)50
• 2.2.9 傅里叶红外光谱仪(FT-IR)50
• 2.2.10 紫外可见光光谱仪(UV-vis)50
• 2.2.11 X射线光电子能谱(XPS)50
• 2.2.12 拉曼光谱(Raman)50-51
• 2.2.13 电化学测试51
• 2.2.14 气相色谱(GC)51
• 2.2.15 有机碳含量分析(TOC)51
• 2.2.16 暗场相电子扫描(HAADF-STEM)51
• 2.2.17 荧光光谱测试(PL)51-52
• 第三章 ZnCr-LDH/G复合材料的制备及其光催性能研究52-74
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验部分53
• 3.2.1 复合材料的合成53
• 3.2.2 光催化反应53
• 3.3 实验结果与讨论53-69
• 3.3.1 LDH/G-x复合材料的结构分析54-62
• 3.3.3 反应动力学分析62-63
• 3.3.4 催化剂稳定性测试63-64
• 3.3.5 催化反应机理探究64-69
• 3.4 本章小结69-70
• 参考文献70-74
• 第四章 高分散B-Ni负碳催化剂及其加氢性能研究74-93
• 4.1 引言74-75
• 4.2 实验部分75-76
• 4.2.1 催化剂的制备75
• 4.2.2 催化评价75-76
• 4.3 结果与分析76-88
• 4.3.1 催化剂结构表征76-82
• 4.3.2 加氢脱氯催化反应评价82-88
• 4.3.2.1 传质的排除82-83
• 4.3.2.2 催化评价83-85
• 4.3.2.3 反应温度及压力对反应活性的影响85-86
• 4.3.2.4 催化剂的稳定性86-88
• 4.4 本章小结88-89
• 参考文献89-93
• 第五章 LDH/g-C_3N_4复合材料的制备及其性能研究93-121
• 5.1 引言93-94
• 5.2 新型ZnIn-MMO/g-C_3N_4的制备及光催性能94-112
• 5.2.1 实验部分94-95
• 5.2.2 实验结果与讨论95-111
• 5.2.2.1 ZnIn-MMO/g-C_3N_4纳米复合材料的结构分析95-99
• 5.2.2.2 光催化评价99-101
• 5.2.2.3 动力学分析101-102
• 5.2.2.4 催化剂的稳定性测试102-103
• 5.2.2.5 催化机理探讨103-110
• 5.2.2.6 催化剂的普适性及光敏排除110-111
• 5.2.3 小结111-112
• 5.3 新NiFe@g-C_3N_4材料的合成112-117
• 5.3.1 实验部分112
• 5.3.2 结果与分析112-116
• 5.3.3 小结116-117
• 5.4 本章小结117-118
• 参考文献118-121
• 第六章 结论121-123
• 本论文创新点123-124
• 致谢124-126
• 研究成果及发表的学术论文126-127
• 作者简介127-128
• 导师简介128-129
• 博士研究生学位论文答辩委员会决议书129-130

  本文关键词：基于层状双金属氢氧化物的碳基杂化催化材料的制备、结构及性能，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：315831