甲醇在炭载金属电极上氧化合成二甲氧基甲烷的研究

摘要

本论文采用经过浓硝酸活化后的炭材料作为载体，浸渍一定比例的氯铂酸溶液，在不同热解温度下，利用H2/N2气氛还原合成Pt/C-X-T材料（X为Pt的理论载量;T为焙烧温度）。优化了Pt/C-X-T材料的合成条件:在焙烧过程中升温速率为5K/min，温度300℃、焙烧3h，铂的载量为5wt.％时制备了材料Pt/C-5％-300。通过用XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM、XPS、Raman和ICP-OES等技术对材料进行表征，确定了金属Pt晶粒均匀的负载于炭载体表面，利用Debye-Scherrer公式计算Pt的晶粒尺寸。以Pt/C-5％-300为工作电极、铂电极为对极、饱和甘汞电极为参比，对咪唑盐型离子液体和无水甲醇体系的进行循环伏安测试，实验结果表明无水甲醇在Pt/C-5％-300工作电极上发生了氧化还原反应。以此为基础，用控制电位电解库仑法对无水甲醇—离子液体体系进行了研究。催化反应结果显示所制备的电极材料Pt/C-5％-300具有较好的电催化性能。优化了工作电极Pt/C-5％-300恒电位电解无水甲醇的反应条件，获得了最佳的工艺条件为:反应恒电位4.5V、反应温度35℃、无水甲醇和离子液体EmimBF4（1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐）的摩尔比为14∶1，反应时间为24h时;在此最佳条件下无水甲醇的转化率达到27.64‰DMM的选择性达到96.23％。 另外，对无水甲醇在Pt/C-5％-300材料表面吸附的原位红外光谱进行了研究。测试结果表明，无水甲醇易于在电极表面进行吸附，且随着吸附时间不断延长其分子中羟基伸缩振动的信号不断减弱，在1741.3cm-1处出现了羰基的伸缩振动峰。说明无水甲醇在催化剂表面吸附后又在表面活性基团的作用下发生了表面转化。在此研究的基础上探讨并提出了无水甲醇电化学氧化过程的反应机理。

目录

摘要

第1章绪论

1．1前言

1．2二甲氧基甲烷的应用

1．2．1在柴油添加剂中的应用

1．2．2在空气清新剂配方中的应用

1．2．3在汽车护理及工业技术产品中的应用

1．2．4在重整制氢中的应用

1．2．5在燃料电池中的应用

1．2．6杀虫剂及医药领域中的应用

1．3二甲氧基甲烷的主要合成方法

1．3．1醇醛缩合法

1．3．2甲醇直接氧化合成二甲氧基甲烷

1．3．3二甲醚(DME)催化氧化法

1．3．4甲醇脱氢直接合成二甲氧基甲烷

1．3．5CO2加氢直接合成二甲氧基甲烷

1．3．6甲醇电化学氧化合成DMM

1．4离子液体在电化学中的应用

1．5本论文的设想与研究内容

第2章实验部分

2．1实验试剂与仪器设备

2．1．1实验试剂

2．1．2仪器设备

2．2催化剂的制备

2．2．1炭材料的预处理

2．2．3离子液体的制备

2．2．4工作电极的制备

2．3循环伏安的测定

2．4二甲氧基甲烷的合成与检测

2．5二甲氧基甲烷的定量计算

2．5．1二甲氧基甲烷的内标曲线的绘制

2．5．2二甲氧基甲烷的定量计算

2．6催化剂的表征

2．6．5电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)

第3章Pt／C-X-T材料的表征和电催化性能的研究

3．1催化剂的表征结果

3．1．1扫描电镜表征结果

3．1．2透射电镜表征结果

3．1．3XRD表征结果

3．1．4拉曼光谱表征结果

3．1．5氮气吸附脱附表征结果

3．1．6XPS表征结果

3．2循环伏安的测定

3．3电极的制备条件对无水甲醇的电化学氧化的影响

3．3．1催化剂焙烧时的升温速率对反应的影响

3．3．2催化剂中Pt载量对反应的影响

3．3．3催化剂焙烧温度对反应的影响

3．3．4催化剂焙烧时间对反应的影响

3．4反应工艺条件对甲醇氧化反应的影响

3．4．1不同离子液体对反应的影响

3．4．2不同电位对反应的影响

3．4．3离子液体用量对反应的影响

3．4．4不同温度对反应的影响

3．4．5时间对反应的影响

3．5离子液体和工作电极的循环利用

3．6甲醇在电极表面的吸附行为及反应机理的推断

结论

参考文献

附录

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