以金属-有机框架物为前驱体的Cu基和Ni基纳米催化材料的制备及催化性能研究

摘要

当前，资源短缺问题日渐突出，资源消耗已接近环境承载极限。如何减少资源的浪费，提高资源利用率，已成为人们关注的热点。过渡金属纳米粒子在能源催化领域具有广泛的应用，其低廉的价格、高效的催化活性以及日益拓展的应用使其备受关注，近年来已被广泛研究。
　　本文从金属-有机框架物(MOFs) Cu-BTC和Ni-BTC前驱体出发，以石墨烯(GO)为载体，设计合成了石墨烯包覆的Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料，并进一步以Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料为前驱体，进而在不同条件下对其进行还原制备了Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料，对其结构、尺寸、形貌及催化还原对硝基苯酚进行了系统研究。论文随后以Ni-BTC@GO复合为前驱体，通过高温固相方法制备了Ni2P@GO复合纳米材料，对其电化学产氢性能进行了研究。
　　本文第一章为绪论，主要综述了过渡金属纳米催化材料的研究进展，进而提出论文的选题依据、研究思路与研究内容。
　　本文第二章以Cu-BTC和Ni-BTC MOFs为前驱体，设计合成了石墨烯包覆的Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料，采用XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段，对Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的结构、尺寸、形貌和表面特性进行了研究。并以对硝基苯酚还原为模型反应，评价了Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的催化性能，研究结果显示，Cu-BTC@GO复合纳米材料对对硝基苯酚还原反应展现出了较为优异的催化活性。在此基础上，进一步探索以Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料为前驱物，利用不同的还原方法，制备Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料，对其结构、尺寸、形貌及对硝基苯酚催化还原性能进行了研究，优化和筛选出具有优异催化性能的Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料。
　　本文第三章以Ni-BTC@GO复合纳米材料为前驱体，首次以次磷酸钠为磷源，通过控制前驱体与次磷酸钠的比例，设计合成具有不同形貌的磷化镍/石墨烯(Ni2P@GO)复合纳米材料，对其制备过程、结构调控、尺寸和形貌以及电化学催化产氢性能进行了研究。研究发现，以Ni-BTC@GO复合纳米材料为前驱体制备的Ni2P@GO复合纳米材料具有非常优异的催化性能，且通过调变Ni-BTC@GO前驱体和次磷酸钠比例，可以调控Ni2P@GO复合纳米材料的形貌和电化学催化性能。
　　本文第四章对全文进行了总结，并对下一步研究工作进行了展望。

目录

声明

摘要

一、绪论

1．1 引言

1．2 金属-有机框架物的研究进展

1．2．1 金属有机框架物的概述

1．2．2 金属有机框架物的特点

1．2．3 金属有机框架物的结构

1．2，4 金属有机框架物的应用

1．3 过渡金属Cu基和Ni基纳米材料的研究进展

1．3．1 Cu基纳米材料的概述

1．3．2 Cu基纳米材料的制备

1．3．3 Cu基纳米材料的应用

1．3．4 Ni基纳米材料的概述

1．3．5 Ni基纳米材料的制备

1．3．6 Ni基纳米材料的应用

1．4 石墨烯的研究进展

1．4．1 石墨烯的概述

1．4．2 石墨烯的性质

1．4．3 石墨烯的制备

1．4．4 石墨烯的应用

1．5 本论文研究背景以及研究内容

参考文献

二、以金属．有机框架物为前驱体的Cu基和Ni基／石墨烯复合纳米材料的制备及催化性能研究

2．1 引言

2．2 仪器和试剂

2．2．1 仪器

2．2．2 试剂

2．3 Cu基和Ni基／石墨烯复合纳米材料的制备

2．3．1 石墨烯的制备

2．3．2 Cu-BTC@GO复合纳米材料的制备

2．3．3 八面体Cu-BTC@GO复合纳米材料的制备

2．3．4 Cu@GO复合纳米材料的制备

2．3．5 Ni-BTC@GO复合纳米材料的制备

2．3．6 Ni@GO复合纳米材料的制备

2．4 Cu基和Ni基／石墨烯复合纳米材料的表征

2．4．1 X射线粉末衍射

2．4．2 扫描电子显微镜

2．4．3 透射电子显微镜

2．4．4 X射线光电子能谱

2．4．5 BET表面特性

2．4．6 热重分析

2．4．7 紫外可见吸收光谱

2．4．8 催化性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的物相结构分析

2．5．3 Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的价态分析

2．5．4 Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的比表面和孔结构分析

2．5．5 Cu-BTC@GO和Ni-BTC@GO复合纳米材料的催化性能评价

2．5．6 Cu-BTC@GO和Ni-BTC@CO复合纳米材料的热稳定性分析

2．5．7 Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料的物相和结构分析

2．5．8 Cu@GO和Ni@GO纳米复合材料的形貌分析

2．5．9 Ni@GO复合纳米材料的比表面和孔结构分析

2．5．10 Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料的价态分析

2．5．11 Cu@GO和Ni@GO复合纳米材料的催化性能评价

2．7 本章小结

参考文献

三、以金属．有机框架物为前驱体的Ni基磷化物／石墨烯复合纳米材料的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 仪器和试剂

3．2．1 仪器

3．2．2 试剂

3．3 Ni基复合纳米材料的制备

3．3．1 石墨烯的制备

3．3．2 Ni-BTC@GO复合纳米材料的制备

3．3．3 Ni2P@GO纳米材料的制备

3．4 Ni基纳米复合材料的表征

3．4．1 X射线粉末衍射

3．4．2 扫描电子显微镜

3．4．3 透射电子显微镜

3．4．4 X射线光电子能谱

3．4．5 N2等温吸脱附测试

3．4．6 热稳定性分析

3．4．7 电化学研究

3．5 结果与讨论

3．5．1 Ni2P@GO复合纳米材料的物相分析

3．5．2 Ni2P@GO复合纳米材料的形貌分析

3．5．3 Ni2P@GO复合纳米材料的XPS分析

3．5．4 Ni2P@GO复合纳米材料的N2吸脱附曲线以及孔径分布分析

3．5．5 Ni2P@GO复合纳米材料电化学产氢性能评价

3．6 本章小结

参考文献

四、总结和展望

4．1 总结

4．2 展望

发表论文情况

致谢