本文關(guān)鍵詞：碳基復(fù)合物的制備及其催化氨硼烷水解研究

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【摘要】：納米材料作為一個嶄新的研究領(lǐng)域,特別是碳納米管和石墨烯,由于本身具備著光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械強(qiáng)度等各項優(yōu)良性能,逐漸成為研究者們的熱點(diǎn)研究對象。金屬納米顆粒與碳納米材料的結(jié)合能夠在一定程度上提高其復(fù)合物的各項性能,這已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了充分的驗證;特別是在催化氨硼烷水解的過程中,由于碳納米材料和金屬納米顆粒界面的相互作用,能促使復(fù)合物高效穩(wěn)定的催化氨硼烷水解。此外,同步輻射作為一種分析材料電子結(jié)構(gòu)的有效手段,能夠幫助探索復(fù)合物的催化機(jī)理,揭示催化劑高效的原因。在本文中,我們成功制備碳納米管和氧化石墨烯(GO)與多種金屬的復(fù)合物,并將其應(yīng)用于氨硼烷水解中。為了理解催化活性與材料電子結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系,我們利用同步輻射技術(shù)來分析復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu),并反饋到樣品制備上來發(fā)展高效穩(wěn)定的氨硼烷水解催化劑。主要的研究結(jié)果如下:首先,我們利用濕化學(xué)法成功制備了負(fù)載于碳納米管管內(nèi)和管外的過渡金屬納米催化劑。研究過程中發(fā)現(xiàn),由于鈷和鎳存在著明顯的協(xié)同作用,使其擁有良好的催化性能。遺憾的是,由于碳納米管本身的管狀結(jié)構(gòu)不利于固定納米顆粒,這類金屬納米催化劑在穩(wěn)定性方面沒能獲得很好的效果。隨后我們制備了PdRh-GO復(fù)合物,并成功應(yīng)用于催化氨硼烷的反應(yīng)中。其次,為得到更為高效穩(wěn)定的催化劑,我們將碳納米管替換成氧化石墨烯,通過簡單的方法成功制備了M-GO(M=Ni,Co,NiCo)復(fù)合物,并發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物在催化氨硼烷水解過程中呈現(xiàn)出良好的催化性能。通過同步輻射表征,我們發(fā)現(xiàn)金屬元素是以較為均勻的形式沉積在氧化石墨烯片層上的。通過軟X射線吸收譜(XANES)發(fā)現(xiàn),樣品Ni-GO中的Ni是以接近于零價態(tài)金屬鎳的低化學(xué)態(tài)存在的,而NiCo-GO中的Ni則是以氧化態(tài)的形式存在的,其中NiCo-GO復(fù)合物的催化活性更高。這類M-GO復(fù)合物碳的K邊XANES圖譜信息可發(fā)現(xiàn)一個明顯的特征峰A1,代表著金屬元素與氧化石墨烯可能存在的界面間互相作用,研究發(fā)現(xiàn)這種相互作用與氨硼烷水解析氫的催化活性有著密不可分的關(guān)系。最后,我們將氧化石墨烯進(jìn)行氮摻雜處理,利用硼氫化鈉和氫氧化鈉的混合液還原鉑鎳金屬離子得到了M-NGO(M=Pt,Ni,Pt3Ni7,Pt5Ni5,Pt7Ni3),并制備了Pt3Ni7-GO復(fù)合物作為參考對比。通過TEM圖發(fā)現(xiàn),負(fù)載在氮摻雜氧化石墨烯表層的金屬納米顆粒更為均勻,其尺度也更為細(xì)小,并且擁有比基于氧化石墨烯的復(fù)合物更佳的催化活性。通過M-NGO的XANES和XAFS圖譜發(fā)現(xiàn),這類復(fù)合物中金屬呈現(xiàn)氧化態(tài),并表現(xiàn)出了與氮摻雜氧化石墨烯之間的相互作用。樣品中Pt3Ni7-NGO表現(xiàn)出了非常好的氨硼烷水解效率,其基于鉑的TOF值可以達(dá)到709.56(H2)mol/(Cat-Pt)mol·min,這是目前鉑基材料中報道的最高值。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ116.2

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1 王扶乾;;中晸工廠制取硼烷[J];無機(jī)鹽工業(yè);1960年06期

2 林克\，

本文編號：1170297