發(fā)布時間：2020-06-27 22:39

【摘要】：化學(xué)反應(yīng)的核心在于催化劑,目前提出的綠色化學(xué)的理念對催化劑的性質(zhì)提出了更高的要求:經(jīng)濟、高效、環(huán)保與循環(huán)穩(wěn)定性。貴金屬催化劑的高活性,是目前商業(yè)催化劑使用的主要金屬,但其易中毒與高額的成本使得生產(chǎn)流程復(fù)雜化,并且使產(chǎn)品成本上升。因而開發(fā)高效的非貴金屬催化劑,受到越來越多的關(guān)注。自富勒烯的發(fā)現(xiàn)起,碳材料便受到廣泛的關(guān)注,碳材料的氮摻雜是一種簡便而且高效的改性方法。鐵元素作為含量豐富的元素,具有綠色廉價等優(yōu)點。將三種元素結(jié)合起來,可相互取長補短:利用摻雜碳材料的大比表面積與化學(xué)穩(wěn)定性,負(fù)載或分散鐵元素,復(fù)合材料作為催化劑的活性中心,有明顯提高催化活性的效果。因此,本課題利用碳、氮、鐵三種元素,制備了兩種催化劑,并應(yīng)用于有機分子轉(zhuǎn)型反應(yīng)中,具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:1.以氧化石墨烯為原料,尿素為氮源,氯化鐵為鐵源,通過一鍋水熱法制備了氮摻雜石墨烯負(fù)載三氧化二鐵復(fù)合催化劑,并將其應(yīng)用于芳醛選擇性氧化制備芳酸的反應(yīng)中。研究發(fā)現(xiàn),NG和都具有對O_2的吸附作用,Fe_2O_3的吸附作用較強,NG中具有三種類型的氮,其中吡咯氮與Fe_2O_3具有最佳的協(xié)同效應(yīng),能夠增強O_2分子的解離,促進(jìn)O-O鍵的斷裂,能夠提高催化活性。這種高活性的催化劑具有對其他芳醛的衍生物的適用性,而且能夠循環(huán)六次不表現(xiàn)明顯的活性衰減。2.以多孔氧化鎂為模板劑,通過高溫裂解法制備了具有高比表面積的Fe-N-C單原子催化劑,通過HAADF-STEM證明了Fe穩(wěn)定分散于多孔碳的骨架中,Fe通過N元素穩(wěn)定,以FeN_x形式存在于材料中。制備溫度不同,Fe的化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變,通過EXAFS表面Fe-N-C-800具有較高的配位數(shù),Fe的價態(tài)較高,因而其催化活性較高。將催化劑應(yīng)用于1,2,3,4-四氫喹啉及其衍生物的脫氫氧化反應(yīng)中,反應(yīng)能夠在較低的溫度與溫和的氧氣氛圍下發(fā)生,具有比擬貴金屬催化劑的活性,催化劑多次循環(huán)后,仍表現(xiàn)出滿意的催化活性。以上的實驗結(jié)果為碳基催化劑的應(yīng)用提供了新的思路,對鐵、氮、碳的催化體系有了更深的認(rèn)知,拓展了碳基催化的領(lǐng)域,證明了非貴金屬催化劑具有替代貴金屬催化劑的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36
【圖文】：

著層數(shù)由 1 層增加到 4 層，其導(dǎo)熱系數(shù)迅速降低，由 4100 W·m-1··m-1·K-1，幾乎與高質(zhì)量的石墨相當(dāng)[13]。優(yōu)異的導(dǎo)熱性能使得石墨烯具有豐富的發(fā)展?jié)摿Γ@些性能尺度都是基于微觀的，在宏觀上會納米片層拼裝成宏觀薄膜材料，是石墨烯商業(yè)應(yīng)用的重要方法。催化領(lǐng)域方面，其本身可以作為活性位點，而非人們熟悉的金屬或者為催化位點，這是碳催化與傳統(tǒng)催化的重大區(qū)別。人們認(rèn)為石墨烯的有這樣的共識：一是來自于缺陷（Defects）及邊緣原子（Edge）。目烯材料，一般是由氣相沉積、電弧放電、物理或化學(xué)方式剝離制備的大量的缺陷、邊緣、空穴等，這部分碳原子由于配位缺失，具有很高的墨烯表面的官能團，主要以含氧官能團為主，這些官能團性質(zhì)不同，堿性、也有親電子、親核的，這些性質(zhì)不同的官能團可以催化不同的自于雜入雜原子進(jìn)入 sp2晶格，使得局部電荷分布不均。表面的活性所示。

故其在加氫反應(yīng)中不會發(fā)生團聚，因而具有應(yīng)貴金屬 Au 的單原子催化劑表現(xiàn)出了很好的催化活性作者證實了 FeOx載體上負(fù)載的 Au 單原子為活性中其他負(fù)載型 Au 納米顆粒催化劑，而 Au 單原子催化好的化學(xué)穩(wěn)定性。表面泛函數(shù)理論計算（DFT）表，受金屬-載體共價鍵成鍵的影響，帶有很高價態(tài)的大的增強了 Au 的穩(wěn)定性，而在 Au 亞納米團簇與明顯較弱，使其穩(wěn)定性較差[97]。通過 DFT 模擬，Au 促進(jìn)周圍載體產(chǎn)生氧空穴有關(guān)。Au 原子能夠促從而吸附 O2 分子并使其在空穴處斷鍵，Au 自身的游離氧原子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一個 CO2分子同樣的反應(yīng)，完成反應(yīng)循環(huán)，反應(yīng)過程如圖 1.8 所

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本文編號：2732192