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、資源豐富等特點成為目前研究熱點。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是美國能源部列出的十大重要平臺化學品之一,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,廣泛應用于醫(yī)藥、精細化工、可降解塑料等重要領(lǐng)域。近年來,電催化合成技術(shù)受到越來越多研究者重視,與傳統(tǒng)熱催化相比,其具有反應條件溫和、操作簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點。因此,利用電催化合成技術(shù)進行生物質(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)在電反應器陽極將HMF催化氧化為FDCA,在陰極將HMF催化加氫為DHMTHF。（1）通過簡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,有利于底物吸附和脫附,提高催化劑活性位點利用率,進而提高HMF電催化氧化反應（ECO）性能。在60°C下,VN/Ni F電極在堿性電解液... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：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-羥甲基糠醛成對電合成性能研究3后分離步驟非常簡潔。有機電合成在生產(chǎn)工藝上的獨特優(yōu)勢，使其研究及開發(fā)非常迅速，廣泛應用于精細化工、醫(yī)藥、環(huán)境治理等重要領(lǐng)域[30-32]。圖1-2有機電極過程的反應途徑[33]Figure1-2.Thereactionpathwayoftheorganicelectrodeprocess[33]如今，有機電合成受到越來越多研究者重視，與傳統(tǒng)有機合成相比，具有很多優(yōu)勢與特點[34]：①在有機電合成反應中，電子作反應驅(qū)動力，不需外加氧化劑或還原劑，整個體系只有原料和產(chǎn)物，易于分離且環(huán)保；②在有機電合成反應中，反應速率與反應程度可通過改變電解反應條件（電流、電壓、電解液）自由調(diào)控，然而傳統(tǒng)有機合成是不行；③在有機電合成反應中，反應通常在常溫常壓下進行，反應條件溫和，并不需要特殊設備，操作簡單且節(jié)約成本；④在有機電合成反應中，反應裝備具有通用性，同一個電解槽反應器可被用到多個反應，只需改變原料、電解液及電極材料就可。然而，有機電合成反應也存在不足之處，比如受外界影響因素多，在有機電合成反應過程中，反應溫度、電極材料、反應物濃度、電解液濃度都可能影響整個反應的產(chǎn)率及效率。通常情況下，有機電合成可從以下兩方面進行分類[33]：（1）按照電極與有機物之間電子交換方式可分為直接有機電合成和間接有機電合成。①直接有機電合成：是指有機物在電極表面直接進行電子得失，發(fā)生氧化反應或還原反應。所有有機反應物都有氧化電位和還原電位。直接有機電合成是最早被研究發(fā)現(xiàn)，不需要外加媒質(zhì)，反應裝置簡單，具有操作簡便、易于分離提純等優(yōu)勢。②間接有機電合成：是指利用某種特殊氧化還原電對作電子交換的載體（媒質(zhì)），在發(fā)生電合成反應前，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-羥甲基糠醛成對電合成性能研究5圖1-3電催化氧化反應的機理圖[37]Figure1-3.Themechanismdiagramofelectrocatalyticoxidationreaction[37]Zheng[38]等人以碳布為基底，在其表面負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。研究發(fā)現(xiàn)，當在電解液中加入15mM的苯甲醇后，整個反應的電壓從1.46V降低到了1.25Vvs.RHE，說明在NC@CuCoNx/CF催化劑的作用下，苯甲醇電催化氧化反應比析氧反應更容易發(fā)生；同時，作者在室溫下進行恒電流（15mA）電解苯甲醇實驗，反應80分鐘后，苯甲醇轉(zhuǎn)化率可達97.25%，苯甲醛選擇性達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）載體上負載納米級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。研究表明，Pd/BG-CN對甲酸氧化的質(zhì)量活性（2215mA/mg）和位點活性（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%）之間存在強電子效應。Zhang[40]等人通過簡單H2還原和熱處理方法在多孔石墨碳（PC）上負載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。結(jié)果表明，PtRu/PC-H催化劑的質(zhì)量活性和位點活性分別為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之間存在強電子相互作用。1.2.3電催化加氫電催化加氫（ECH）是指有機物在電解槽中陰極進行得電子的還原反應，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，電離出具有強還原性的氫原子和羥基?

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本文編號：3549003