基于Langmuir-Blodgett技术研究粘土矿物负载离子液体催化材料的形成机制

摘要

Langmuir-Blodgett(LB)技术被用于构筑界面离子液体(ionic liquid(IL))负载型催化剂。二组分(离子液体和催化剂载体-粘土矿物)和三组分(离子液体、催化剂载体粘土矿物和催化剂)的LB复合膜已经被构筑完成。　　研究发现,在粘土矿物稀溶液(钠化皂石(saponite)、锂化皂石(laponite))为亚相的体系里,具有超过六个碳原子咪唑支链长度的离子液体能够形成稳定的Langmuir单分子膜。通过实时监测和记录表面压(surface pressure(π))对时间的动力学曲线(π-t),我们可以得到结论,咪唑类离子液体或者催化剂分子(Pt纳米晶)吸附到粘土单层需要200s的平衡时间;吸附过程中的摩尔 Gibbs自由能为0.34-5.6 kJ·mol-1。压缩构筑的复合 LB膜,得到表面压对面积的等温线(π-A),可以证明 Pt纳米晶已经吸附进气液表面的离子液体-粘土的Langmuir单分子膜中;π-A等温线上可以观察到两个相变点。　　诸如表面化学方法(π-t、π-A)和光谱测试(UV-vis、原子吸收光谱(AAS))被用来对 LB膜进行表征。结果表明,构筑的氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑(C16MIM)-saponite- Pt的三组分 LB膜, C16MIM在第一层沉积的LB膜中的含量为0.65 ng·mm-2。与此对比,laponite具有较高的吸附容积。ATR-FTIR发现了离子液体的有序构象振动从而证明了离子液体确实存在于LB膜,但固着了Pt纳米晶后, C16MIM的分子特定振动峰难以确认。透射电镜(TEM)的结果显示直径约为5.0 nm的Pt纳米晶吸附在粘土片层的边缘,此外也表明可以通过表面压来控制 Pt的表面分布。　　将制备的三组分 LB膜沉积到玻碳电极上,利用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)来考察 LB膜对甲醇催化氧化的电催化活性。结果表明,与clay-Pt的二组分膜相比, IL-clay-Pt三组分 LB膜显示了更好地催化活性和稳定性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 离子液体概述

1.3 负载型离子液体催化剂概述

1.4 本文研究目标、内容及意义

第二章 Langmuir膜的构筑与表面化学数据计算

2.1 Langmuir-Blodgett膜概述

2.2 主要试剂原料和仪器

2.3 Pt纳米晶的合成

2.4 Langmuir膜的构筑

2.5 表面化学数据采集

2.6 结果与讨论

2.7 本章小结

第三章 LB膜的表征

3.1 LB膜的制备

3.2 主要试剂原料和仪器

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 LB膜的甲醇催化氧化

4.1 甲醇催化氧化

4.2 主要试剂原料和仪器

4.3 结果和讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况