石墨烯、氮化硼纳米片担载的贵金属催化剂及性能研究

摘要

二维无机纳米材料（比如石墨烯和氮化硼纳米片）在催化领域的应用受到越来越多的重视。石墨烯具有优良的导电性能、大的比表面积和较高的机械强度，并且较容易进行化学修饰，是一种理想的催化剂载体。通常人们以氧化石墨烯为原料负载催化剂，再进行还原，得到还原氧化石墨烯（RGO）。在此过程中，往往会造成石墨烯的重新堆积，从而降低了催化剂的整体活性。而一维碳纳米管（CNT）的引入可起到支撑作用，增大石墨烯的层间距。在直接甲醇燃料电池（DMFC）中，纳米金因其对醇类分解过程中产生的一氧化碳中间产物具有良好的抗中毒能力，这对于开发高效的DMFC催化剂具有重要的意义。素有“白石墨烯”之称的六方氮化硼纳米片（BNNS）有着优异的导热性、良好的绝缘性及化学稳定性，与石墨烯形成良好的互补。批量制备少数层BNNS的方法仍然十分缺乏，而且氮化硼的抗氧化性和化学惰性也限制了它的进一步化学修饰，因此，BNNS在催化领域的研究相对稀少。
　　本论文主要研究了RGO-CNT担载的纳米金对甲醇的电氧化催化性能、BNNS的高效剥离制备方法，以及BNNS-Pd的催化性能。
　　（1）采用化学还原法制备了RGO-CNT担载的纳米金催化剂，通过电化学循环伏安法对甲醇进行了电氧化催化性能研究，发现该催化剂具有较高的催化活性和抗中毒能力。
　　（2）以氯化亚砜为溶剂，采用超声辅助剥离原始的六方氮化硼，获得厚度为4~20层、横向尺寸约1μm的BNNS，浓度为0.4 mg/mL，产率达20 wt％。同时对BNNS进行了形貌、物相及光谱表征，并探讨了氯化亚砜的剥离机理。
　　（3）以BNNS为载体，采用沉淀沉积法在5℃，不加其他稳定剂的条件下，制备了Pd/BNNS催化剂。测试了催化剂对硝基苯类化合物的加氢、α,β-不饱和烯醛的选择性加氢及Heck反应的催化活性。与Pd/BN相比，Pd/BNNS的可循环次数是其3倍，展示出明显的优越性。此外，该催化剂的对硝基苯的催化活性可媲美商业化的Pd/C（Sigma-Aldrich）。
　　综上，本论文在二维层状纳米材料的制备、金属纳米粒子的负载及其催化性能的研究具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1纳米材料概述

1.2石墨烯的结构、性质及应用

1.3六方氮化硼的结构、性质及应用

1.4石墨烯，六方氮化硼纳米片的制备方法

1.5纳米金/钯的性质及催化应用

1.6催化反应

1.7本论文的研究意义、内容及创新点

第二章 Au/RGO-CNT催化剂的制备及对甲醇电氧化催化研究

2.1前言

2.2实验部分

2.3催化剂的物相和结构分析

2.4催化剂的电化学活性测试

2.5本章小结

第三章 液相超声剥离法制备BNNS

3.1前言

3.2实验部分

3.3样品的物相和光谱分析

3.4 BNNS的形貌分析

3.5 BNNS再分散及溶剂转移

3.6 BNNS的化学改性

3.7剥离机理探讨

3.8本章小结

第四章 Pd/BNNS催化剂的制备及催化性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.3催化剂的物相及形貌分析

4.4催化活性测试结果与讨论

4.5催化反应测试

4.6本章小结

参考文献

致谢

硕士期间发表和拟发表的论文