本文關(guān)鍵詞：雜原子修飾的多孔材料設(shè)計(jì)合成和催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 介孔碳材料 氮、硫、磷摻雜 儲(chǔ)能 MOFs UiO-67 CO氧化

【摘要】：多孔材料,包括金屬有機(jī)框架(MOFs),共價(jià)有機(jī)框架(COFs),介孔碳材料等等,由于他們特殊的結(jié)構(gòu)和在吸附、分離、發(fā)光、磁性和能源存儲(chǔ)等方面的潛在應(yīng)用引起了人們的關(guān)注。然而,原始多孔材料由于缺少錨定在表面的活性中心而化學(xué)活性較弱。由于比表面的空間可調(diào)和電子效應(yīng),對(duì)于表面的修飾可以增強(qiáng)吸附、擴(kuò)散和活化。因此,雜原子修飾多孔材料表面,作為增強(qiáng)化學(xué)活性的柔性策略之一,將會(huì)改變表面的能量和活性。N原子的摻雜,由于奇電子構(gòu)型和電負(fù)性差異的特點(diǎn),有效的提高了電子分布和電荷旋轉(zhuǎn)密度,引入催化活性位點(diǎn)到鄰近的碳上。除了N原子,S原子也被認(rèn)為是一個(gè)有效的方法,無論空間上還是電子活性都可以改變多孔材料性能。本碩士論文主要基于雜原子修飾的多孔材料(MOFs和介孔碳材料)的設(shè)計(jì)合成和催化性能研究。首先,我們報(bào)道一種新穎、有效的通過離子熱高溫碳化一步法合成S、N摻雜的介孔碳材料的方法,其中產(chǎn)物SNPC-800是一個(gè)介孔材料,孔徑分布是10-45nm,比表面積是1235 m2 g-1,大于通過離子液體和氧化石墨烯碳化的比表面積。而且ORR(氧還原反應(yīng))測(cè)試具有媲美商業(yè)Pt/C的催化活性,優(yōu)于Pt/C的催化穩(wěn)定性和甲醇抗毒性。密度泛函理論計(jì)算表明優(yōu)異的催化效果源于S、N摻雜的協(xié)同作用。LIBs測(cè)試(鋰電池性能)表明該材料具有較高的可逆容量,優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。N,S在ORR和LIBs測(cè)試中扮演一個(gè)重要的作用。再者,S、N摻雜的多孔碳材料由于較低的S含量嚴(yán)重影響了S、N的協(xié)同作用。我們引入磷酸二氫鈉到2-氨基噻唑中作為磷源,一步法高溫碳化得到了高S含量的S、N,P共摻雜的介孔碳材料(SNPPC)。SNPPC-800具有優(yōu)于低S含量SNPC-800的鋰電性能、氧還原性能和超級(jí)電容器性能,這源于SNPPC-800高的S含量促進(jìn)的N,S,P的協(xié)同作用。接著,為了研究N,S是否在MOFs催化中也扮演著同樣的作用,基于這個(gè)想法,我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列MOFs(UiO-67,N-UiO-67,NH2-UiO-67)負(fù)載Pt納米顆粒得到5%Pt/N-UiO-67、5%Pt/UiO-67和5%Pt/NH2-UiO-67,我們將這些催化劑應(yīng)用到CO氧化反應(yīng)中去,結(jié)果顯示5%Pt/N-UiO-67顯示了最優(yōu)的CO催化氧化效果,他們的Pt顆粒大小分別是2nm、4nm和2nm,可見吡啶N起到了調(diào)控Pt納米粒子的作用,解釋了之前的結(jié)果�？傊�,對(duì)于介孔碳材料和MOFs材料,由于N和C電負(fù)性差異影響了C的電荷密度分布,電荷密度的差異提高了底物在催化劑上的吸附因而提高了反應(yīng)活性。第二,S原子由于兩個(gè)雙電子對(duì),有較大的電子半徑(110 pm),大于C(70pm)和N(65 pm),誘導(dǎo)鄰近的C和N的極化,從而增加催化劑活性。
【關(guān)鍵詞】：介孔碳材料 氮、硫、磷摻雜 儲(chǔ)能 MOFs UiO-67 CO氧化
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-43
• 1.1 多孔材料15-16
• 1.2 多孔碳材料16-31
• 1.2.1 多孔碳材料簡(jiǎn)介16-17
• 1.2.2 摻雜多孔碳材料合成及其應(yīng)用17-31
• 1.3 金屬有機(jī)框架合成及其催化研究31-41
• 1.3.1 金屬有機(jī)框架介紹31
• 1.3.2 金屬有機(jī)框架種類31-32
• 1.3.3 金屬有機(jī)框架合成32
• 1.3.4 金屬有機(jī)框架負(fù)載貴金屬及其應(yīng)用32-41
• 1.4 選題背景與意義41-43
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法43-50
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器43-44
• 2.2 催化劑的制備方法44-45
• 2.3 催化劑的表征45-46
• 2.3.1 X射線衍射分析45
• 2.3.2 透鏡電鏡分析45
• 2.3.3 掃描電鏡分析45
• 2.3.4 熱重分析45-46
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析46
• 2.3.6 氮?dú)馕矫摳降葴鼐�分析46
• 2.3.7 拉曼光譜分析46
• 2.4 密度泛函理論計(jì)算46-47
• 2.5 催化劑的性能測(cè)試47-49
• 2.5.1 一氧化碳氧化性能測(cè)試47
• 2.5.2 氧還原性能測(cè)試47-48
• 2.5.3 鋰電池測(cè)試48-49
• 2.5.4 超級(jí)電容器測(cè)試49
• 2.6 本章小結(jié)49-50
• 第三章 硫、氮共摻雜的介孔碳材料的合成及其氧還原反應(yīng)和鋰電性能研究50-82
• 3.1 引言50-51
• 3.2 催化劑的制備51-53
• 3.2.1 硫、氮摻雜的介孔碳材料的制備51-52
• 3.2.2 氮摻雜的多孔碳材料的制備52
• 3.2.3 硫摻雜的多孔碳材料的制備52-53
• 3.3 摻雜多孔碳材料的表征53-69
• 3.3.1 掃描電鏡和透射電鏡分析53-61
• 3.3.2 X射線衍射表征61-62
• 3.3.3 拉曼光譜分析62-63
• 3.3.4 X射線光電譜分析63-66
• 3.3.5 氮?dú)馕矫摳椒治?/span>66-67
• 3.3.6 熱重分析67-69
• 3.4 電化學(xué)性能測(cè)試69-77
• 3.4.1 氧還原測(cè)試69-73
• 3.4.2 鋰電性能測(cè)試73-77
• 3.5 密度泛函理論計(jì)算77-81
• 3.6 本章小結(jié)81-82
• 第四章 高硫含量的氮、硫、磷三摻雜介孔碳材料合成及其電化學(xué)性能研究82-109
• 4.1 引言82-83
• 4.2 催化劑的制備83-84
• 4.2.1 氮、硫、磷共摻雜的介孔碳材料的制備83
• 4.2.2 氮、硫、磷共摻雜的介孔碳材料(基于三苯基膦)的制備83-84
• 4.3 催化劑的表征84-97
• 4.3.1 掃描電鏡和透射電鏡分析84-90
• 4.3.2 X射線衍射分析90
• 4.3.3 拉曼光譜分析90-91
• 4.3.4 X射線光電子譜分析91-94
• 4.3.5 氮?dú)馕矫摳椒治?/span>94-95
• 4.3.6 傅里葉變換紅外光譜分析95-96
• 4.3.7 熱重分析96-97
• 4.4 電化學(xué)性能測(cè)試97-108
• 4.4.1 鋰電性能測(cè)試97-101
• 4.4.2 氧化原性能測(cè)試101-106
• 4.4.3 超級(jí)電容器性能測(cè)試106-108
• 4.5 本章小結(jié)108-109
• 第五章 氮原子調(diào)控的Pt/UiO-67 合成及其催化性能研究109-124
• 5.1 引言109-110
• 5.2 催化劑的制備110-112
• 5.2.1 Pt /N-UiO-67 的合成110
• 5.2.2 Pt /NH_2-UiO-67 的合成110-111
• 5.2.3 Pt / UiO-67 的合成111-112
• 5.3 催化劑的表征112-121
• 5.3.1 X射線衍射分析112-113
• 5.3.2 掃描電鏡和透射電鏡分析113-118
• 5.3.3 X射線光電子能譜分析118-119
• 5.3.4 熱重分析119
• 5.3.5 氮?dú)馕矫摳椒治?/span>119-120
• 5.3.6 傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜120-121
• 5.4 Pt/N-UiO-67 的催化性能研究121-122
• 5.4.1 Pt/N-UiO-67 催化一氧化碳氧化反應(yīng)研究121-122
• 5.4.2 Pt/N-UiO-67 催化一氧化碳氧化反應(yīng)壽命的研究122
• 5.5 本章小結(jié)122-124
• 第六章 結(jié)論與展望124-127
• 6.1 結(jié)論124-125
• 6.2 展望125-127
• 參考文獻(xiàn)127-146
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷146
• 攻讀碩士研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄146-147
• 攻讀碩士研究生期間受理專利目錄147-148
• 致謝148-149

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本文編號(hào)：856155