碳基非貴金屬催化劑因其具有廉價(jià)易得的原料、多樣可調(diào)的形貌結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、優(yōu)異的催化活性以及良好的循環(huán)再生性,已成為目前催化、電催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)、費(fèi)-托合成、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、燃料電池催化劑等多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本論文分別通過(guò)運(yùn)用雙金屬摻雜、前驅(qū)體設(shè)計(jì)和模板輔助等三種多相催化劑性能調(diào)控策略,制備了三種氮摻雜碳負(fù)載的非貴金屬催化劑,借助多種儀器表征技術(shù)對(duì)三種催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)、活性組分進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的分析,并通過(guò)選取幾個(gè)具有代表性的催化反應(yīng)對(duì)催化劑的性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),證明所制備的催化劑具有優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。這些工作為碳基非貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路。具體工作包括以下三個(gè)方面:（1）以硅溶膠作為硬模板劑,金屬酞菁為前驅(qū)體,制備了Co Cu雙金屬負(fù)載于氮摻雜碳的多級(jí)孔催化材料。通過(guò)透射電鏡表征發(fā)現(xiàn)反常的納米顆粒粒徑隨煅燒溫度升高而減小的現(xiàn)象（從700 ^oC平均粒徑38 nm減小至800 ^oC下的27nm）,揭示了Co-Cu雙金屬間獨(dú)特的協(xié)同效應(yīng)。通過(guò)ICP-MS測(cè)定出Co_0.7Cu

【文章來(lái)源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

豐富多樣的碳材料示意圖

糧?優(yōu)，而且可以進(jìn)一步用于還原胺化反應(yīng)[5-6]。在該類(lèi)催化劑中，其前驅(qū)體，致使高溫煅燒后形成的碳材料中保留了大量殘留的氮，而作為活性位點(diǎn)的金屬或金屬氧化物納米顆粒被周邊的氮原子錨定，這種不同尋常的錨定作用不僅將納米顆粒牢牢包裹在碳載體網(wǎng)絡(luò)中，極大地避免了催化劑在反應(yīng)中的聚集和流失，而且對(duì)金屬納米顆粒起到了活化的作用，提高了催化劑的催化活性、選擇性以及穩(wěn)定性。正是氮原子對(duì)非貴金屬活性組分的錨定作用再加上氮摻雜對(duì)碳材料載體的改性作用，使得制備廉價(jià)、高效和穩(wěn)定的碳基非貴金屬催化劑成為可能。圖1.2Beller等制備鈷-氮碳催化劑示意圖Fig.1.2ThereportedCo-N/CcatalystsbyBelleretal.

碳基非貴金屬催化劑在硝基芳烴選擇加氫與電催化析氫中的性能研究41.1.4金屬-氮摻雜碳催化劑的前驅(qū)體制備氮摻雜碳材料負(fù)載的非貴金屬納米催化劑（簡(jiǎn)記為M@NC）不可避免地涉及到金屬-碳氮前驅(qū)體的選取，常用前驅(qū)體包括：①金屬有機(jī)框架材料（MOFs），例如含有鈷鋅雙金屬的金屬有機(jī)框架材料——Co/Zn-ZIF-67（如圖1.3所示）制備鈷納米顆�；騿卧哟呋瘎〤o@NC[7]；②摻入金屬鹽的天然有機(jī)高分子化合物或合成的富氮有機(jī)聚合物，例如用殼聚糖、聚酞菁、聚丙烯腈等原料制備非貴金屬催化劑[8]。③有機(jī)金屬配合物，例如用鄰菲啰啉鐵、酞菁鈷或乙酰丙酮鎳制備Fe、Co、Ni基納米催化劑。④金屬鹽和一些富氮化合物（例如三聚氰胺、二氰二胺）的混合物[9]。在惰性氣氛高溫煅燒下，這些前驅(qū)體通過(guò)聚合、石墨化等一系列化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟饘偌{米催化劑。圖1.3李映偉等基于ZIF-67制備鈷催化劑示意圖[10]Fig.1.3PreparationofCocatalyststhroughZIF-67byYingweiLietal.1.2多孔材料及其模板法制備1.2.1孔結(jié)構(gòu)的分類(lèi)及對(duì)催化性能的影響多相催化劑的孔結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑的活性、選擇性以及強(qiáng)度有很大影響�？捉Y(jié)構(gòu)參數(shù)包括孔容、孔徑、孔隙率等。按照孔徑的大小，多孔催化劑孔的類(lèi)型按照孔徑大小可分為三大類(lèi)：孔徑小于2nm的叫做微孔，孔徑在2nm到50nm之間的叫做介孔或中孔，大于50nm的叫做大孔。此外，一個(gè)催化材料中可以同時(shí)含有多種孔結(jié)構(gòu)，即多級(jí)孔結(jié)構(gòu)。微孔結(jié)構(gòu)對(duì)底物具有一定的選擇性，且穩(wěn)定性較高，但催化反應(yīng)會(huì)受到擴(kuò)散過(guò)程限制。有序的介孔結(jié)構(gòu)不僅能提供高比表面積，而且可以改善反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)和擴(kuò)散，但介孔結(jié)構(gòu)往往不夠穩(wěn)定，對(duì)催化劑的循環(huán)利用不利。而多級(jí)孔結(jié)構(gòu)材料可以兼具微孔和介孔的優(yōu)點(diǎn)�？兹菔侵竼挝毁|(zhì)量

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]負(fù)載于超薄氮摻雜碳納米片上的鈷單原子催化芳香硝基化合物氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)（英文）[J]. 李會(huì)寧,曹昌燕,劉劍,施楊,司銳,谷林,宋衛(wèi)國(guó).  Science China Materials. 2019(09)
[2]納米碳材料和高性能催化[J]. 齊偉,蘇黨生.  化學(xué)反應(yīng)工程與工藝. 2013(05)

碩士論文
[1]金屬-多孔氮摻雜碳材料的制備及催化性能研究[D]. 馬春蘭.山西大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3010743