介孔碳负载纳米金属催化剂的合成及应用

摘要

金属纳米材料由于其表面效应和小尺寸效应而具有独特的化学、电学、光学性能，被广泛应用于化学、物理、生物和医学等领域。介孔碳材料是一种常用的金属催化剂载体，其具有均一的孔径、高度有序的孔道分布、巨大的比表面积和孔体积，在储氢、催化、电极材料等领域展现出巨大的应用潜力。本论文中利用配位作用辅助表面活性剂自组装方法，得到了介孔碳负载的纳米金属催化剂。粒子大小分布均匀、稳定性强。应用于芳硝基化合物的加氢和费托合成反应，来考察两种催化剂的催化性能。 在第一部分中，将金纳米粒子负载在不同的氧化物载体上，并用于芳硝基化合物的选择性加氢反应。利用巯基配位和介孔孔墙物理限制作用，避免使用保护剂，将金纳米颗粒限域在碳-氧化硅骨架中，限制了纳米粒子长大。通过高温煅烧分解出来的甲烷和一氧化碳等小分子将金纳米颗粒原位还原，得到碳-氧化硅-氧化物负载的不同尺寸的金纳米粒子。即使煅烧温度升至700℃，也未见金纳米粒子团聚，表明制备的几种催化剂都具有较高的热稳定性。在3-硝基苯乙烯加氢反应中，碳-氧化硅负载的金催化剂（9nm）没有催化活性，这是因为金纳米粒子粒径较大且氧化硅是惰性载体。碳-二氧化锰负载的金催化剂（5 nm）的转化频率（TOF）比碳-二氧化铈负载的金催化剂（8 nm）高，说明粒径是影响催化活性的主要因素。在4-硝基苯乙烯加氢反应中，碳-氧化硅-二氧化铈负载的金催化剂有催化活性，而碳-氧化硅-二氧化锰负载的金催化剂没有催化活性，说明活性载体是起催化活性的主要原因。3 nm碳-氧化硅负载的金催化剂在不同尺寸芳硝基化合物的加氢反应中表现出较高的催化活性和稳定性，芳硝基化合物的转化率和选择性均可达100%。催化剂重复使用6次未见明显的Au流失和活性的降低，表明该催化剂具有较高的稳定性，活性中心是固载在载体上的金纳米颗粒。 在第二部分中，制备了负载在介孔碳上的铁基催化剂，初步用于费托合成（FTS）反应来考察催化性能。煅烧温度影响铁物相的形成，500℃条件下得到的是 Fe3O4相，600℃-800℃条件下酚醛树脂中分解出的一氧化碳和甲烷将铁碳化，得到θ-Fe3C相。随着煅烧温度的增加，粒径从8 nm增长到25 nm。将600℃条件下煅烧的催化剂用于FTS反应，催化剂对低碳烯烃具有很高的选择性。

目录

第一章 前言

1.1 引言

1.2 金的催化作用

1.3 费托合成反应

1.4 选题意义

第二章 介孔碳-氧化硅-氧化物负载的金催化剂在芳硝基化合物选择性加氢的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 催化剂的表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 介孔碳载铁基催化剂的合成及应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 催化剂的表征

3.4 催化性能测试

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第四章 全文总结

参考文献

附录一 名词缩写说明

附录二 作者简历和论文发表情况

致谢

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