本文關(guān)鍵詞：限域型碳包覆銅催化劑制備及其合成碳酸二甲酯性能研究

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【摘要】：納米技術(shù)及納米概念與催化的結(jié)合成為催化科學(xué)發(fā)展的一大機(jī)遇,在納米催化中,基于限域效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對催化過程的調(diào)控、提高催化反應(yīng)條件下納米粒子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有潛在的應(yīng)用價值。其中核殼結(jié)構(gòu)納米材料,尤其是具有空腔的搖鈴型復(fù)合材料,采用載體包埋形式形成獨(dú)特的空間限域效應(yīng),在穩(wěn)定納米粒子同時,又充分暴露催化活性中心,其設(shè)計(jì)及應(yīng)用在催化領(lǐng)域引起越來越多的關(guān)注。目前關(guān)于搖鈴型納米球的合成有多種方法,但大多數(shù)方法的步驟都較為繁瑣。介孔材料較高的比表面積和均一的孔徑有助于實(shí)現(xiàn)并穩(wěn)定客體材料的高度分散。本文采用有機(jī)-無機(jī)雜化的方法得到骨架摻雜二氧化硅的介孔碳主體,以改變介孔碳表面性質(zhì)。借助碳及二氧化硅二組分的協(xié)同作用及孔道限域效應(yīng),提高銅納米粒子的分散度,進(jìn)而改善其在DMC合成反應(yīng)中的催化性能。具體內(nèi)容包括以下幾個方面:1.選取油酸銅絡(luò)合物及酚醛樹脂單體為原材料,采用一步共熱解法得到碳包覆納米銅搖鈴型復(fù)合材料(Cu@Carbon),改變合成參數(shù),如氨水用量,水熱合成溫度,可以實(shí)現(xiàn)對Cu@Carbon結(jié)構(gòu)的調(diào)控。實(shí)驗(yàn)中以2,4-二羥基苯甲酸和甲醛作為炭前驅(qū)體,氨水作為催化劑,油酸銅既作軟模板又作銅源,水熱合成空心聚合物球后一步熱解得到Cu@Carbon目標(biāo)產(chǎn)物。通過多種表征手段探究油酸銅結(jié)構(gòu)對組裝機(jī)制的貢獻(xiàn),研究發(fā)現(xiàn)油酸銅能形成特殊的油酸雙分子層結(jié)構(gòu),外層油酸分子作為軟模板形成空腔,內(nèi)層油酸分子與銅離子配位鍵和,以引入金屬前驅(qū)體,在焙燒處理過程中,聚合物層轉(zhuǎn)變成碳?xì)?金屬有機(jī)前驅(qū)體直接碳熱還原為單質(zhì)銅,一步得到Cu@Carbon搖鈴型復(fù)合材料。催化結(jié)果顯示Cu@Carbon納米催化劑在DMC合成中表現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。2.利用油酸金屬絡(luò)合物制備過程的相似性,合成不同核組分的搖鈴型碳基納米材料(M@Carbon)。實(shí)驗(yàn)以油酸鋅,油酸鎳作為金屬前驅(qū)體,采用與Cu@Carbon相同的制備方法,最終均可得到搖鈴型ZnO@C和NiO@C納米復(fù)合材料,尺寸分別在500 nm和400 nm,且具較好的熱穩(wěn)定性,較高的比表面。3.采用骨架摻雜SiO_2的介孔碳材料(MSC)作為載體制備出Cu/MSC催化劑,SiO_2的引入實(shí)現(xiàn)了對介孔碳骨架表面性質(zhì)的調(diào)變,銅離子與碳骨架上均勻分布的SiO_2相互作用,選擇性地吸附在SiO_2表面,碳骨架在分散SiO_2的同時將Cu組分均勻分散開,提高Cu物種的分散度,進(jìn)而影響催化活性。4.Cu/MSC作為DMC合成反應(yīng)的催化劑,相比于單純的介孔碳負(fù)載銅催化劑(Cu/MC),其增強(qiáng)的載體-金屬相互作用使得活性銅物種的CO吸附及抗氧化能力都明顯提升,重復(fù)使用5次后,催化活性幾乎不變,催化劑表現(xiàn)出較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：限域效應(yīng) 搖鈴型結(jié)構(gòu) 骨架摻雜二氧化硅 有序介孔材料 穩(wěn)定性 碳酸二甲酯
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ225.52
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述及選題11-37
• 1.1 引言11
• 1.2 催化中的納米概念11-12
• 1.3 催化中的空間限域效應(yīng)12-20
• 1.3.1 孔道限域13-17
• 1.3.2 層間限域17-18
• 1.3.3 核殼結(jié)構(gòu)限域18-20
• 1.4 核殼型納米復(fù)合催化材料20-23
• 1.4.1 有機(jī)物型20-21
• 1.4.2 無機(jī)物型21-23
• 1.5 摻雜型介孔復(fù)合催化材料23-24
• 1.5.1 雜原子摻雜介孔氧化硅23-24
• 1.5.2 介孔碳骨架摻雜24
• 1.6 選題思路、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)24-27
• 1.6.1 選題思路24-26
• 1.6.2 研究內(nèi)容26
• 1.6.3 創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 參考文獻(xiàn)27-37
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分37-47
• 2.1 化學(xué)試劑及儀器37-39
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和氣體37-38
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器38-39
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法39-41
• 2.2.1 “一步共熱解法”Cu@Carbon核殼結(jié)構(gòu)納米催化劑的制備39-40
• 2.2.2 碳包覆氧化鋅、氧化鎳M@Carbon（M=ZnO，N iO）核殼結(jié)構(gòu)的制備40
• 2.2.3 Cu/MSC催化劑的制備40-41
• 2.3 材料形貌及結(jié)構(gòu)表征41-43
• 2.3.1 透射電子顯微鏡（TEM）41
• 2.3.2 掃描-透射電子顯微鏡（STEM）及元素分析面掃描（EDS-mapping）41
• 2.3.3 X射線衍射 (XRD)41
• 2.3.4 N_2吸附-脫附等溫線41-42
• 2.3.5 紅外光譜（FT-IR）42
• 2.3.6 熱重分析（TG-DTG）42
• 2.3.8 程序升溫脫附（TPD）42
• 2.3.9 程序升溫氧化（TPO）42
• 2.3.10 N_2O氧化及H2滴定42-43
• 2.4 催化劑性能評價43-46
• 2.4.1 催化反應(yīng)裝置及反應(yīng)條件43
• 2.4.2 氣相色譜的使用43-44
• 2.4.3 數(shù)據(jù)處理44-46
• 參考文獻(xiàn)46-47
• 第三章 搖鈴型碳包覆銅催化劑的制備及其催化性能47-67
• 3.1 引言47-49
• 3.2 Cu@Carbon催化劑的表征49-58
• 3.2.1 TEM49-50
• 3.2.2 STEM50-51
• 3.2.3 XRD51
• 3.2.4 N_2吸附51-53
• 3.2.5 FT-IR53-55
• 3.2.6 TG-DTG55-57
• 3.2.7 制備參數(shù)的影響57-58
• 3.3 合成機(jī)理探討58-59
• 3.4 Cu@Carbon催化性能評價59-60
• 3.5 其他M@Carbon復(fù)合材料的制備60-63
• 3.5.1 TEM/EDS61
• 3.5.2 XRD61-62
• 3.5.3 N2吸附62-63
• 3.6 本章小結(jié)63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 第四章 硅摻雜介孔碳負(fù)載銅催化劑的制備及其催化性能67-81
• 4.1 引言67-68
• 4.2 結(jié)果與討論68-78
• 4.2.1 N2吸附68-70
• 4.2.2 XRD70
• 4.2.3 TEM70-71
• 4.2.4 FT-IR及TG71-72
• 4.2.5 N_2O-H_2滴定72-73
• 4.2.6 CO-TPD73-74
• 4.2.7 O_2-TPO74-75
• 4.2.8 催化劑性能評價75-76
• 4.2.9 反應(yīng)后的催化劑表征76-78
• 4.3 本章小結(jié)78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 第五章 總結(jié)與建議81-82
• 5.1 總結(jié)81
• 5.2 建議81-82
• 致謝82-84
• 在讀期間研究成果84

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本文編號：544107