本文關(guān)鍵詞：二氧化鈰基納米金復合催化材料的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 二氧化鈰 納米金 核殼結(jié)構(gòu) 催化活性

【摘要】：金納米粒子由于具有較高的催化反應活性,近年來受到研究者的普遍關(guān)注。特別是負載型金催化劑,已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以催化多種類型的化學反應,例如碳氫化合物氧化、甲醇的制備、水汽變換反應等。在眾多被用作負載型金催化劑的氧化物中,二氧化鈰由于其具有很好的氧化還原性能和極強的儲氧放氧能力,可以大幅度調(diào)整其電子構(gòu)型以適應所處化學環(huán)境,被認為是金的優(yōu)良載體。但是,形貌不同的二氧化鈰,其比表面積和孔道結(jié)構(gòu)差異很大,將會直接影響到金催化劑的催化活性,因此制備一種具有優(yōu)良孔道結(jié)構(gòu)和高比表面積的二氧化鈰載體是提高金催化活性的重要方法之一。同時,由于金粒子的高表面能,傳統(tǒng)負載型金粒子在焙燒活化和催化反應過程中極易聚集長大,導致活性急劇下降。因此,如何在調(diào)控載體形貌的同時,又控制負載于其上的Au納米粒子的穩(wěn)定性,就顯得十分重要和緊迫。本文在以合成新形貌催化載體、穩(wěn)定金粒子的雙重目的下,制備了特殊形貌的二氧化鈰來作為金的載體,隨后又構(gòu)建了核殼結(jié)構(gòu)來維護金粒子的納米級尺寸。具體內(nèi)容如下：1、通過無模板一步水熱法,制備出了具有多孔結(jié)構(gòu)的Ce02空心球。研究表明：二氧化鈰球直徑210 nm左右,內(nèi)部中空,表面由5 nm左右的二氧化鈰粒子組成,殼壁厚度約40 nm并且存在著大量的孔道結(jié)構(gòu),比表面積達到167 m2/g。通過觀察不同反應時間的產(chǎn)物形貌,得出空心球的形成機理是在奧式熟化理論下的粒子自組裝。以此為載體,制得空心二氧化鈰載金催化劑Ce02/Au,并與商業(yè)用粉末二氧化鈰負載金催化劑進行了活性對比。結(jié)果表明：載金空心鈰球的反應速率(K=0.361 min-1)高于載金商品鈰的反應速率(K=0.249 min-1)。并且,空心二氧化鈰擔載金催化劑在重復使用了7次之后,對硝基苯酚仍然具有95.68%的轉(zhuǎn)化率。2、為了提高金催化劑的穩(wěn)定性,防止其在高溫焙燒和催化反應中聚集長大和脫落,在上一部分的基礎上合成了以空心二氧化鈰為核,負載金后包覆介孔二氧化硅的新型空心核殼結(jié)構(gòu)CeO2/Au@SiO2。結(jié)果表明：CeO2/Au@SiO2催化劑具有穩(wěn)定的中空結(jié)構(gòu),外部二氧化硅殼層具有規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu),并且厚度可在15-75 nm之間調(diào)控,殼層間金粒子分布均勻。在熱穩(wěn)定考察實驗室中,750℃下核殼結(jié)構(gòu)的催化劑仍能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,金粒子沒有明顯的變化,而作為對比的CeO2/ Ao催化劑中的二氧化鈰和金粒子都有非常明顯的燒結(jié)現(xiàn)象,表明二氧化硅殼層可以有效的控制活性中心在高溫下的燒結(jié)。3、為了進一步提高活性中心與載體的相互作用,提高金催化劑的反應活性和反應穩(wěn)定性,本部分以納米金粒子為核、二氧化鈰為殼,通過簡單的三步制備了多級結(jié)構(gòu)的SiO2/Au/CeO2催化劑。利用XRD、BET、TEM等測試方法對催化劑進行了表征。結(jié)果表明：SiO2/Au/CeO2催化劑具有均勻的棒狀形貌、高的比表面積、厚度可控的殼層結(jié)構(gòu)以及高分散的金粒子。催化劑的反應性能測試結(jié)果表明SiO2/Au/CeO2催化劑擁有優(yōu)異的催化活性,而且在循環(huán)使用8次之后依然保持較高的反應活性。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈰 納米金 核殼結(jié)構(gòu) 催化活性
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 納米金催化劑11-18
• 1.1.1 負載型納米金催化劑的制備11-13
• 1.1.2 納米金催化劑的應用領(lǐng)域13-16
• 1.1.3 影響金催化劑催化活性的因素16-18
• 1.2 CeO_2納米材料18-21
• 1.2.1 CeO_2納米材料的應用19-20
• 1.2.2 二氧化鈰負載型金納米催化劑20-21
• 1.3 本論文研究課題的選題和研究內(nèi)容21-23
• 1.4 參考文獻23-28
• 第二章 實驗試劑28-32
• 2.1 實驗試劑28-29
• 2.2 實驗儀器29
• 2.2.1 材料制備使用的主要設備29
• 2.3 催化材料的表征方法29-31
• 2.3.1 X射線衍射測試(XRD)29-30
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)30
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)30
• 2.3.4 材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)測定30-31
• 2.3.5 熱重分析(TGA)31
• 2.3.6 紫外可見吸收光譜(UV-vis)31
• 2.4 催化劑反應性能的評價31-32
• 第三章 空心多孔氧化鈰微球的制備以及作為金催化載體的性能研究32-46
• 3.1 前言32-33
• 3.2 實驗部分33-34
• 3.2.1 二氧化鈰空心球的制備33
• 3.2.2 催化劑的表征和性能評價33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 3.5 參考文獻44-46
• 第四章 空心核殼CeO_2/Au@SiO_2復合催化劑的制備和性能研究46-58
• 4.1 前言46-47
• 4.2 實驗部分47-48
• 4.2.1 催化劑的制備47
• 4.2.2 催化劑的表征和性能評價47-48
• 4.3 結(jié)果與討論48-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 4.5 參考文獻56-58
• 第五章 SiO_2/Au/CeO_2核殼型催化劑的制備與性能研究58-69
• 5.1 前言58-59
• 5.2 實驗部分59-60
• 5.2.1 催化劑的制備59
• 5.2.2 催化劑的表征和性能評價59-60
• 5.3 結(jié)果與討論60-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 5.5 參考文獻68-69
• 第六章 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-71
• 攻讀碩士學位期間研究成果71-72
• 致謝72

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本文編號：713702