隨著化石資源日趨枯竭,人類迫切需要尋找可替代新資源,生物質(zhì)資源因具有可再生、資源豐富等特點(diǎn)成為目前研究熱點(diǎn)。木質(zhì)纖維素是生物質(zhì)資源重要組成成分,其下游產(chǎn)品具有很高附加值,如通過水解、異構(gòu)化、脫水后可得到5-羥甲基糠醛（HMF）。HMF是美國(guó)能源部列出的十大重要平臺(tái)化學(xué)品之一,其經(jīng)過氧化和加氫后可得到2,5-呋喃二甲酸（FDCA）、2,5-二羥甲基四氫呋喃（DHMTHF）等化合物,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、精細(xì)化工、可降解塑料等重要領(lǐng)域。近年來(lái),電催化合成技術(shù)受到越來(lái)越多研究者重視,與傳統(tǒng)熱催化相比,其具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此,利用電催化合成技術(shù)進(jìn)行生物質(zhì)基化合物轉(zhuǎn)化具有重要研究意義。本論文主要合成了氮化釩基催化劑,利用電催化合成技術(shù)在電反應(yīng)器陽(yáng)極將HMF催化氧化為FDCA,在陰極將HMF催化加氫為DHMTHF。（1）通過簡(jiǎn)單水熱法和高溫氮化制備了三維多孔空心納米球VN催化劑。該催化劑納米球結(jié)構(gòu)由納米顆粒堆積而成,該形貌暴露出大量活性位點(diǎn),有利于底物吸附和脫附,提高催化劑活性位點(diǎn)利用率,進(jìn)而提高HMF電催化氧化反應(yīng)（ECO）性能。在60°C下,VN/Ni F電極在堿性電解液... 

【文章來(lái)源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

生物質(zhì)降解制備HMF[26]

氮化釩基催化劑用于5-羥甲基糠醛成對(duì)電合成性能研究3后分離步驟非常簡(jiǎn)潔。有機(jī)電合成在生產(chǎn)工藝上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使其研究及開發(fā)非常迅速，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、醫(yī)藥、環(huán)境治理等重要領(lǐng)域[30-32]。圖1-2有機(jī)電極過程的反應(yīng)途徑[33]Figure1-2.Thereactionpathwayoftheorganicelectrodeprocess[33]如今，有機(jī)電合成受到越來(lái)越多研究者重視，與傳統(tǒng)有機(jī)合成相比，具有很多優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)[34]：①在有機(jī)電合成反應(yīng)中，電子作反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，不需外加氧化劑或還原劑，整個(gè)體系只有原料和產(chǎn)物，易于分離且環(huán)保；②在有機(jī)電合成反應(yīng)中，反應(yīng)速率與反應(yīng)程度可通過改變電解反應(yīng)條件（電流、電壓、電解液）自由調(diào)控，然而傳統(tǒng)有機(jī)合成是不行；③在有機(jī)電合成反應(yīng)中，反應(yīng)通常在常溫常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，并不需要特殊設(shè)備，操作簡(jiǎn)單且節(jié)約成本；④在有機(jī)電合成反應(yīng)中，反應(yīng)裝備具有通用性，同一個(gè)電解槽反應(yīng)器可被用到多個(gè)反應(yīng)，只需改變?cè)稀㈦娊庖杭半姌O材料就可。然而，有機(jī)電合成反應(yīng)也存在不足之處，比如受外界影響因素多，在有機(jī)電合成反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度、電極材料、反應(yīng)物濃度、電解液濃度都可能影響整個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)率及效率。通常情況下，有機(jī)電合成可從以下兩方面進(jìn)行分類[33]：（1）按照電極與有機(jī)物之間電子交換方式可分為直接有機(jī)電合成和間接有機(jī)電合成。①直接有機(jī)電合成：是指有機(jī)物在電極表面直接進(jìn)行電子得失，發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)。所有有機(jī)反應(yīng)物都有氧化電位和還原電位。直接有機(jī)電合成是最早被研究發(fā)現(xiàn)，不需要外加媒質(zhì)，反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單，具有操作簡(jiǎn)便、易于分離提純等優(yōu)勢(shì)。②間接有機(jī)電合成：是指利用某種特殊氧化還原電對(duì)作電子交換的載體（媒質(zhì)），在發(fā)生電合成反應(yīng)前，媒質(zhì)先在電極表面發(fā)生氧化或還原，然后氧化或

氮化釩基催化劑用于5-羥甲基糠醛成對(duì)電合成性能研究5圖1-3電催化氧化反應(yīng)的機(jī)理圖[37]Figure1-3.Themechanismdiagramofelectrocatalyticoxidationreaction[37]Zheng[38]等人以碳布為基底，在其表面負(fù)載多孔氮摻雜碳包覆的CuCoNx材料（NC@CuCoNx/CF），并將該材料用于苯甲醇間接電催化氧化反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在電解液中加入15mM的苯甲醇后，整個(gè)反應(yīng)的電壓從1.46V降低到了1.25Vvs.RHE，說(shuō)明在NC@CuCoNx/CF催化劑的作用下，苯甲醇電催化氧化反應(yīng)比析氧反應(yīng)更容易發(fā)生；同時(shí)，作者在室溫下進(jìn)行恒電流（15mA）電解苯甲醇實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)80分鐘后，苯甲醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)97.25%，苯甲醛選擇性達(dá)98%，法拉第效率為81.3%，且該催化劑具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。Yang[39]等人在硼摻雜石墨烯氮化碳（BG-CN）載體上負(fù)載納米級(jí)Pd制備出三維混合材料Pd/BG-CN，將該材料用于甲酸氧化反應(yīng)。研究表明，Pd/BG-CN對(duì)甲酸氧化的質(zhì)量活性（2215mA/mg）和位點(diǎn)活性（31.7mA/cm2）分別是商業(yè)Pd/C的2.8倍和2.5倍，這種高活性主要是由于BG-CN載體與Pd0（55.2at%）之間存在強(qiáng)電子效應(yīng)。Zhang[40]等人通過簡(jiǎn)單H2還原和熱處理方法在多孔石墨碳（PC）上負(fù)載PtRu貴金屬，最終制備出PtRu/PC-H納米合金催化劑，并將其用于甲醇電催化氧化反應(yīng)。結(jié)果表明，PtRu/PC-H催化劑的質(zhì)量活性和位點(diǎn)活性分別為1674.2mA/mg和4.4mA/cm2，是Pt/PC納米催化劑的4.08倍和8.80倍，主要由于PtRu/PC-H納米催化劑具有較高合金化，且Pt與Ru之間存在強(qiáng)電子相互作用。1.2.3電催化加氫電催化加氫（ECH）是指有機(jī)物在電解槽中陰極進(jìn)行得電子的還原反應(yīng)，也可分為直接電催化加氫和間接電催化加氫兩種。電催化加氫原理是水分子先吸附在電極表面，其次水分子得到電子，電離出具有強(qiáng)還原性的氫原子和羥基?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3549003