【摘要】：催化材料在整個(gè)人類社會發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用,全球約35%的GDP以及90%的化學(xué)產(chǎn)品依賴于催化過程。在催化材料中,貴金屬催化劑在石油煉制、化工原料、低毒農(nóng)藥、人工化肥、汽車尾氣吸收等方面發(fā)揮著積極的作用。但現(xiàn)有的貴金屬催化劑存在著價(jià)格昂貴、資源有限、制備過程繁瑣等諸多問題。因此如何制備性能優(yōu)異的貴金屬催化劑是材料制備及催化領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究課題。目前研究人員主要從兩個(gè)方面設(shè)計(jì)和制備性能優(yōu)異的貴金屬催化劑,一是可控制備具有特定形貌的貴金屬納米催化劑;二是尋求具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的載體,將金屬均勻的分散在載體孔道內(nèi)部或者表面,從而節(jié)約貴金屬用量,節(jié)省催化劑的成本,甚至還可以利用載體的活性中心與金屬的相互作用,在進(jìn)一步提高催化劑的活性。因此本論文,主要從提高催化劑性能和探索新型復(fù)合催化劑兩個(gè)角度出發(fā)。通過研究具備特定形貌的鈀(Pd)金屬納米晶和酸改性后的碳納米管(CNTs)制成負(fù)載型的催化劑,通過一種簡單的綠色環(huán)保的處理催化劑的方法調(diào)控特殊形貌的鈀(Pd)納米粒子表面的活性劑從而顯著提高Pd/CNTs催化劑的性能;另外利用浸漬法制備二維碳化鈦負(fù)載鈀(Pd/MXene)的負(fù)載型催化劑,考察了光照與非光照條件下對于Pd/MXene金屬納米催化劑性能的影響。從而根據(jù)催化劑性能表現(xiàn)探索并制備新型的更加高效的催化劑用于Suzuki偶聯(lián)反應(yīng),以下是具體研究結(jié)果:(1)以氯鈀酸鈉溶液為前驅(qū)體,利用膠體法制備了具有特殊形貌的鈀立方體(Pd-Cube)和鈀八面體(Pd-Octahedra)納米晶,然后通過浸漬法將其負(fù)載到硝酸改性后的碳納米管載體上。對于膠體法合成的特定形貌的金屬納米粒子,通常需要用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為表面活性劑來阻止金屬納米粒子團(tuán)聚。然而對于催化反應(yīng),這種表面活性劑是有害的,它會嚴(yán)重覆蓋鈀納米晶表面活性位點(diǎn),進(jìn)而嚴(yán)重影響鈀納米晶的催化性能。我們使用了不同的溶劑,例如不同濃度的硝酸、蒸餾水,通過控制溫度、時(shí)間等條件,發(fā)現(xiàn)利用該方法不僅能夠高效的除去鈀金屬納米晶表面的活性劑,同時(shí)還能夠較好的保持鈀金屬納米晶原有的形貌和結(jié)構(gòu)。同時(shí)我們用Suzuki反應(yīng)作為探針反應(yīng),進(jìn)一步證明這種環(huán)保的高壓水蒸氣處理方法可以顯著的提升鈀納米晶催化Suzuki反應(yīng)的性能。(2)通過TEM表征探究了納米晶體在經(jīng)過處理后形貌的變化,為了進(jìn)一步說明形貌對于金屬納米材料在催化過程中的影響,我們對比了鈀立方體納米晶和鈀八面體納米晶催化劑的催化性能上的差異,發(fā)現(xiàn)鈀立方體納米催化晶的催化性能要顯著高于鈀八面體納米晶的催化性能;繼續(xù)探究了高壓水蒸氣處理的辦法對于鈀八面體的適用性,在完全除去表面活性劑的情況下鈀納米立方體的催化性能優(yōu)于鈀八面體。(3)考察二維碳化鈦(Mxene)對負(fù)載型Pd納米催化劑的影響,通過浸漬的方法制備了Pd/MXene負(fù)載型催化劑,在弱堿性的條件下,制備的鈀催化劑尺寸偏小、均一、分散性良好,通過氫氣還原處理之后,我們將其用于Suzuki反應(yīng),在反應(yīng)中我們根據(jù)MXene的自身具有光熱轉(zhuǎn)化的特點(diǎn),引入光源作為外在條件,在已有的優(yōu)化條件的基礎(chǔ)上,用氣相色譜對碳碳偶聯(lián)催化反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果表明,在光照的條件下,催化劑的催化性能得到了顯著的提升。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1
【圖文】：

圖 1-1 金屬納米顆粒的成核及生長示意圖大量研究者的成果可以得到鈀金屬與其他諸多金屬一樣，金屬納程主要包括以下三個(gè)階段，成核階段、晶核沉積變?yōu)榫ХN階段、形成納米晶體階段[21,22]。成核階段的晶核的晶種類型決定了納米。通過充分了解晶體的生長過程，我們能夠更好的通過熱力學(xué)及來控制晶體的合成及結(jié)構(gòu)生長變化。我們充分了解到，成核過程還原成金屬原子，粒子達(dá)到一定過飽和的濃度的時(shí)候，就會團(tuán)聚成核過程結(jié)束后膠體溶液中剩余金屬原子會繼續(xù)在沉積；粒子形決于晶種生長，它主要由表面能的高低，熱力學(xué)等參數(shù)決定。我粒子優(yōu)先在表面能大的晶面，一般高指數(shù)面的表面能較大，生會先于低指數(shù)晶面消失，而低指數(shù)面裸露在外面，從而形成低指，因此低指數(shù)晶面的催化劑例如鈀立方體、鈀八面體更容易制備學(xué)調(diào)控、動力學(xué)調(diào)控及氧化刻飾等原理[23]，研究工作者們依舊多樣的高指數(shù)晶面的鈀納米金屬粒子。

金屬納米材料可控合成現(xiàn)狀

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本文編號：2739526