Cu/CuOx/C和FeCo/C复合纳米粒子的合成与催化应用研究

摘要

金属及金属氧化物纳米粒子的制备和催化应用是近年来的研究热点之一。为了调控这些纳米粒子的形貌和尺寸大小，人们尝试了各种制备方法，如sol-gel法，水热/溶剂热法等。金属有机框架结构含有丰富的金属离子并且具有可以调控的尺寸和形貌，因此通过改变退火气氛人们便可以得到各种金属及金属氧化物纳米粒子。利用这种方法制备的材料被广泛地应用于催化，能源以及环境领域。本文利用Cu-BTC和Fe3[Co(CN)6]2为前驱体分别制备出了金属/金属氧化物/碳以及金属/碳两种类型的复合结构纳米材料，并分别在CO催化氧化和对硝基苯酚加氢还原反应中评估了其催化性能。具体如下:
　　1.金属/金属氧化物/碳复合材料的制备和催化应用:非均相催化剂以其表面电荷的改变而促进了多种反应的进行。然而纳米非均相催化剂的易团聚，制备工艺的复杂及高成本促使人们寻找廉价，不易团聚的非均相催化剂制备新方法。过渡金属中铜及其氧化物在CO氧化反应中作为催化剂的应用常有报道，然而很少有报道关注Cu/Cu2O和Cu/CuO界面在催化过程中的作用。这主要是因为铜及氧化亚铜很容易被氧化，它们表面很容易形成氧化层进而组成核壳结构，使得界面被氧化层覆盖;这样界面就很难在催化反应中发挥作用。在此我们选择了一个含铜的金属有机框架作为前驱物，通过在氮气下退火得到了非核壳Cu/Cu2O界面的Cu/CuOx纳米结，同时，我们评估了其对CO催化氧化反应的活性。结果表明，催化剂在155℃下对1vol.％和5vol.％CO可以达到100％的转换率。我们根据密度泛函理论模拟计算了Cu/Cu2O界面和Cu/CuO界面处的反应能垒和以及界面处的态密度;结果显示Cu/Cu2O和Cu/CuO界面处电荷密度发生了改变，进而降低反应能垒并促进CO转化。
　　2.金属/碳复合材料的制备和催化应用:有报道显示在石墨烯包覆金属的复合结构中，电子会从金属表面部分转移到石墨烯上，这让吸附在碳上的O2分子很容易被活化，因此被认为是一类很好的非贵金属电催化材料;并且，当石墨烯掺杂氮原子后其化学活性还可以被进一步提高。我们通过在氮气下退火Fe3[Co(CN)6]2纳米球，原位得到N掺杂graphenelayers包覆的FeCo纳米晶。不仅在4-Nitrophenolreduction反应中表现出了高催化活性和稳定性，速率常数与部分贵金属催化剂相当，所得FeCo纳米晶还具有较强的磁响应特性;利用此特点可以在磁场的作用下达到快速分离和重复使用的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 多孔碳材料及其负载金属／金属氧化物的制备

1．1．1 以MOF-5，ZIF-8和Al-MOF制备多孔碳材料

1．1．2 以MOFs为前驱体制备金属氧化物

1．1．3 以MOFs为前驱体制备碳-金属／金属氧化物复合材料

1．2 CO催化氧化的研究意义和进展

1．2．1 常见催化剂

1．2．2 反应机理

1．3 对硝基苯酚加氢反应的研究意义和进展

1．4 本文的选题背景和主要内容

参考文献

第二章 碳负载Cu／CuOx纳米粒子的制备及其催化应用研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 Cu-BTC纳米粒子的制备

2．2．3 Cu／CuOx／C纳米粒子的制备

2．2．4 表征仪器

2．2．5 CO催化氧化表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 样品表征

2．3．2 CO催化氧化性能评估

2．4 本章小结

参考文献

第三章 氮掺杂碳包覆FeCo纳米晶的制备及其在对硝基苯酚催化加氢反应中的应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和仪器

3．2．2 Fe3[Co(CN)6]2纳米粒子的制备

3．2．3 FeCo／C纳米粒子的制备

3．2．4 表征仪器

3．2．5 催化性能评估

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果