【摘要】：二氧化鈦(TiO2)作為一種過(guò)渡金屬元素半導(dǎo)體材料,被廣泛應(yīng)用于信息、醫(yī)療、材料、環(huán)境、能源和催化等領(lǐng)域。諸多報(bào)道表明TiO2的形貌結(jié)構(gòu)對(duì)其應(yīng)用性能有重要影響。通常化學(xué)法所制備的TiO2形貌較為單一,且制備過(guò)程大多繁瑣。尋求過(guò)程綠色簡(jiǎn)便,并可賦予TiO2特殊形貌結(jié)構(gòu)的制備方法引起了諸多研究者的關(guān)注。自然界作為一個(gè)結(jié)構(gòu)工廠,存在著許多形貌結(jié)構(gòu)特殊的模板,生物模板法即利用自然界的生物質(zhì)作為模板,經(jīng)過(guò)特定的處理,保留生物遺態(tài)結(jié)構(gòu),獲得不同形貌結(jié)構(gòu)材料的一種方法。因此,本文采用生物模板法,選用多種天然結(jié)構(gòu)模板制備出不同形貌結(jié)構(gòu)的TiO2,并選用植物質(zhì)還原溶膠負(fù)載法制備負(fù)載型鈀催化劑,以1,3-丁二烯選擇性加氫體系為模型反應(yīng),探究TiO2形貌結(jié)構(gòu)與催化性能之間的構(gòu)效關(guān)系。首先,以棉花為模板,采用一種簡(jiǎn)單浸泡法成功制備出保留棉花遺態(tài)一維空心管狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(Cotton-TiO2)。前驅(qū)體濃度和浸泡時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)制有重要的影響,通過(guò)SEM觀察其棉花遺態(tài)結(jié)構(gòu)保持的完整性和纖維的連續(xù)性差異,得到的較優(yōu)制備條件為:TBOT(鈦酸四正丁酯)/無(wú)水乙醇為4/150(v/v)條件下浸泡48 h。并選用不同的焙燒溫度去除模板制得Cotton-TiO2載體,通過(guò)SEM、XRD、BET等手段對(duì)其進(jìn)行表征分析,發(fā)現(xiàn)焙燒溫度不會(huì)改變Cotton-TiO2的晶相和結(jié)構(gòu),均為一維空心管狀結(jié)構(gòu)的銳鈦礦相二氧化鈦,但是隨著焙燒溫度提高Cotton-TiO2的比表面積呈先增加后減小的變化趨勢(shì)。進(jìn)而,采用側(cè)柏水提液還原溶膠負(fù)載法制備出Pd/Cotton-TiO2催化劑,采用TEM和XPS等手段對(duì)其進(jìn)行表征,結(jié)果表明Pd納米顆粒尺寸約為7.1 nm,以零價(jià)和二價(jià)兩種形式存在�？疾炝吮簾郎囟葘�(duì)催化劑性能的影響,發(fā)現(xiàn)載體焙燒溫度對(duì)催化性能的影響較小,載體焙燒溫度為550 ℃時(shí)的鈀催化劑具有較優(yōu)的催化活性,轉(zhuǎn)化率達(dá)到88.23%,丁烯選擇性達(dá)到94.5%,1-丁烯的選擇性也近60%。棉花模板的引入對(duì)載體性質(zhì)和催化劑催化性能有較大影響,與無(wú)模板制得的TiO2對(duì)比,TiO2的形貌結(jié)構(gòu)由堆積小球狀向一維空心管狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,比表面積有近1倍的提升,Pd/Cotton-TiO2的催化性能也有較大程度地提升,特別是1-丁烯選擇性提高了近46%。其次,選用龍眼樹(shù)葉為模板成功制備出保留龍眼樹(shù)葉遺態(tài)多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(Leaf-TiO2)。前驅(qū)體濃度和浸泡時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)制有重要的影響,通過(guò)SEM觀察其龍眼樹(shù)葉遺態(tài)結(jié)構(gòu)保持的完整性差異,得到的較優(yōu)制備條件為:采用酸堿預(yù)處理將龍眼樹(shù)葉中的色素等部分有機(jī)物質(zhì)溶出,將預(yù)處理后的龍眼樹(shù)葉在5wt%TiCl3的無(wú)水乙醇溶液中浸泡24h;并通過(guò)TG、FTIR表征來(lái)了解龍眼樹(shù)葉模板結(jié)構(gòu)的復(fù)制過(guò)程,分析得知,鈦前驅(qū)體通過(guò)離子交換或螯合作用附著到龍眼樹(shù)葉上,之后通過(guò)水解/醇解作用得到無(wú)定型態(tài)TiOx,在高溫焙燒條件下發(fā)生向TiO2轉(zhuǎn)變過(guò)程,獲得保留龍眼樹(shù)葉遺態(tài)結(jié)構(gòu)的Leaf-TiO2。通過(guò)SEM、XRD、BET等手段對(duì)Leaf-TiO2進(jìn)行表征分析,發(fā)現(xiàn)其完好保留了龍眼樹(shù)葉的遺態(tài)結(jié)構(gòu),得到多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的銳鈦礦相二氧化鈦,比表面積較棉花模板制備的Cotton-TiO2有3倍的提升;用TEM和XPS等手段對(duì)Pd/Leaf-TiO2進(jìn)行表征,結(jié)果表明Pd納米顆粒尺寸約為7.2nm,以零價(jià)和二價(jià)兩種形式存在。將Leaf-TiO2負(fù)載鈀后應(yīng)用于1,3-丁二烯選擇性加氫體系,結(jié)果表明,相同焙燒溫度條件下,引入龍眼樹(shù)葉模板制備的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)催化劑Pd/Leaf-TiO2-600與引入棉花模板制備的一維空心管狀結(jié)構(gòu)催化劑Pd/Cotton-TiO2-600相比轉(zhuǎn)化率提高了 5%,1-丁烯收率有4%的提高。
【圖文】：

圖１－１邋Ｔｉ０２不同晶型結(jié)構(gòu)示意圖［ｌ０］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｉ0２邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈａｓｅ逡逑銳鈦礦相二氧化鈦材料具有優(yōu)異的光催化活性，，能夠在紫外光條件下光催化逡逑降解污染物和分解水制氫，且不會(huì)引發(fā)二次污染，因此銳鈦礦相二氧化鈦常常應(yīng)逡逑用于光催化處理污染物方面。金紅石相二氧化鈦材料是白色涂料和防紫外線材料逡逑屮的常用添加物，對(duì)紫外線有很強(qiáng)的屏蔽作用，因此在工業(yè)涂料和化妝品行業(yè)有逡逑著廣泛的應(yīng)用。二氧化鈦材料現(xiàn)已經(jīng)被應(yīng)用于抗菌除味、污水處理、空氣凈化、逡逑染料敏化太陽(yáng)能電池、電致變色器件和熱催化劑等領(lǐng)域，具有很高的商業(yè)價(jià)值。逡逑隨著二氧化鈦產(chǎn)品功能多樣化和生產(chǎn)工業(yè)化進(jìn)程的日益發(fā)展，其在信息、醫(yī)療、逡逑材料、環(huán)境、能源和工業(yè)催化等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用也將變得不可小覷。Ｈ前，針對(duì)逡逑二氧化鈦改性的主要研宄思路有摻雜異質(zhì)元素和改變形貌結(jié)構(gòu)兩方面。逡逑

邐第章緒論邐逡逑在模板上原位成核，而后進(jìn)一步生長(zhǎng)讓其在模板上均勻附著，再通過(guò)物理高溫鍛逡逑燒或化學(xué)試劑溶解的方法去除掉模板，利用模板的空間限域和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用制備逡逑出保留模板遺態(tài)形貌結(jié)構(gòu)的二氧化鈦材料的過(guò)程，合成簡(jiǎn)略圖見(jiàn)圖丨－２。模板法逡逑是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種合成材料的重要手段，也是合成特定形貌結(jié)構(gòu)納米材料逡逑及納米陣列最理想的方法之一。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ134.11;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691453