贵金属纳米颗粒的合成及限域体系下氧化钌—金复合纳米材料的制备与其催化应用研究

摘要

贵金属纳米材料因其优异的性能引起人们的广泛关注。但纳米材料本身存在的一些问题如繁琐的制备工艺、较差的热稳定性等因素一定程度上限制了其在催化领域特别是非均相催化方向的应用。
　　针对贵金属纳米材料存在的问题，本文探索了更简便的纳米以及复合纳米材料的制备方法并对其进行了催化应用研究。主要包括三个方面的研究内容:第一部分主要研究了多元醇体系和油胺体系下合成各种贵金属纳米颗粒（主要包括金Au，铂Pt，铑Rh，钌Ru）的方法。同时以介孔材料EP-FDU-12为载体制备的钌纳米催化剂，选择常压下氨气分解为探针反应研究了其反应活性。第二部分主要集中研究了在三维超大介孔二氧化硅的孔道中通过一步法焙烧合成氧化钌-金的复合型纳米材料的方法。第三部分主要对氧化钌-金复合纳米材料的性质以及对于环己醇气相选择性氧化活性作了考察。各部分的详细结果如下:
　　一、多元醇和油胺体系下制备贵金属纳米颗粒的方法研究
　　1)探究了液相体系下通用的合成贵金属纳米颗粒的方法。发现对于多元醇体系以及油胺体系下，通过以氯化物类前驱体可以调控合成均一尺寸的纳米颗粒。同时在油胺体系下小分子如水分子的加入可以诱导树枝状铂纳米颗粒产生。
　　2)使用胶体沉积法制备了介孔二氧化硅负载的钌催化剂，探索了简易的采用光谱法定量钌负载量的方法，可以快速的确定钌催化剂的负载量。同时以常压下氨气分解制氢反应为模型反应，简单考察了以介孔材料EP-FDU-12为载体的不同尺寸的负载型钌纳米催化剂的在较低负载量时(＜2wt％)的活性。
　　二、介孔限域体系下一步法合成氧化钌-金复合纳米材料的研究
　　1)研究了简易的一步焙烧法合成复合纳米材料的新方法。我们使用胶体沉积法分别吸附不同负载量的钌纳米颗粒和金纳米颗粒，通过在空气中高温下焙烧，制备得到氧化钌-金复合纳米颗粒。
　　2)合成出的氧化钌-金复合纳米颗粒的性质发生了很大改变。通过一系列的表征手段，我们发现复合纳米颗粒中由于氧化钌与金组分之间的相互作用，使得各组分的物理化学性质和电子性质发生了很大变化。
　　三、氧化钌-金复合纳米材料的性质及对于环己醇的气相选择性氧化的活性研究
　　1)详细考察了氧化钌-金复合纳米材料的热稳定性，发现由于氧化钌-金之间的相互作用使得材料的抗烧结性能有很大的提高。Ru/Au的比例及载体因素对于复合纳米颗粒的形成也具有非常重要的影响。
　　2)在环己醇的选择性氧化反应当中，氧化钌-金复合纳米催化剂表现出了较高的催化活性以及很好的抗积碳作用，同时我们也讨论了氧化钌-金复合纳米催化剂的抗烧结和抗积碳效果的原理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 负载型贵金属纳米催化剂的研究进展

1．2．1 贵金属纳米颗粒制备方法

1．2．2 介孔材料负载的责金属催化剂研究

1．3 复合纳米材料的应用研究

1．4 纳米催化剂的稳定性

1．4．1 纳米催化剂失活的原因

1．4．2 提高纳米催化剂稳定性研究

1．5 立项依据与研究思路

1．5．1 立项依据

1．5．2 研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验试剂与原料

2．2 实验所用仪器与设备

2．3 材料表征

2．4 催化性能表征

2．4．1 催化反应条件

2．4．2 反应结果分析

参考文献

第三章 贵金属纳米颗粒合成与纳米钌催化剂的研究

3．1 引言

3．2 油胺体系下纳米颗粒的合成

3．2．1 铂纳米颗粒的合成和表征

3．2．2 金、钯、铑纳米颗粒的合成和表征

3．3 树枝状铂纳米颗粒的合成

3．3．1 合成方法以及研究表征

3．3．2 结果与分析

3．4 多元醇体系下纳米颗粒的合成

3．4．1 合成步骤

3．4．2 结果与讨论

3．5 负载型钌催化剂的制备与研究

3．5．1 研究背景

3．5．2 材料的制备

3．5．3 钌纳米颗粒的负载与焙烧

3．5．4 材料的表征

3．5．5 钌催化剂催化效果

3．6 本章小结

参考文献

第四章 氧化钌-金复合纳米材料的合成

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 金、钌纳米颗粒的合成

4．2．2 二氧化硅载体的合成

4．2．3 纳米颗粒的负载及材料的焙烧

4．3 材料的结构表征

4．3．1 氧化钌-金复合纳米颗粒的电镜表征

4．4 复合纳米材料的物化性质表征

4．4．1 拉曼表征

4．4．2 程序升温还原表征

4．4．3 XPS表征

4．5 本章小结

参考文献

第五章 氧化钌-金复合纳米材料的性质研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 载体的合成

5．2．2 纳米颗粒的负载和焙烧

5．3 热稳定性的考察

5．3．1 复合纳米材料的热稳定性研究

5．3．2 热稳定性能机理研究

5．4 复合纳米材料催化性质研究

5．4．1 催化剂的制备

5．4．2 催化反应条件

5．4．3 结果与讨论

5．5 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

攻读博士期间的科研成果

致谢