多级核壳型磁性金簇催化剂的制备与醇氧化性能研究

摘要

本论文以提高负载型Au催化剂的催化活性，同时实现其方便回收再利用的绿色催化为目标，首次以多级核壳结构磁性水滑石(LDH)材料为载体，以近原子精度的金纳米簇为前体，采用修饰的静电吸附法及适度焙烧制备了多级核壳结构磁性金纳米簇催化剂，研究了其醇氧化性能，探究了其结构与性能的关系。论文的主要内容如下:
　　1)以蜂巢状多级核壳结构磁性材料Fe3O4@M3Al-LDH(M=Ni、Mg和Cu/Mg(0.5/2.5））为载体，以水溶性金纳米簇(Au25Capt18(1.6±0.5 nm)和Pd掺杂Au24Pd1Capt18(1.5±0.5 nm））为前体，采用修饰的静电吸附法及后续适度焙烧制备了多级核壳型催化剂γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x(x: Au纳米簇负载量，wt％)和γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au24Pd1-0.2。
　　2)综合表征结果显示，低负载量样品γ-Fe2O3@Ni3Al-LDH@Au25-x(x～0.053，0.11)中，近原子精度的Au纳米簇高度分散在壳层LDH的边角位点，平均粒径分别为1.4±0.3 nm和1.9±0.6 nm。随负载量增加，γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x(x～0.2)(M=Ni、Mg和Cu/Mg(0.5/2.5））的粒径分别增至3.0±1.3 nm，3.0±1.2 nm和4.2±1.5 nm，归因于高负载量下Au25簇的烧结及其与壳层LDH的协同作用。
　　3)1-苯乙醇氧化结果表明，γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x催化剂在无外加碱助剂和常压O2条件下较传统沉积沉淀法Fe3O4@Mg3Al-LDH@Au催化剂具有更高的活性.相同负载量下,催化剂γ-Fe2O3@Ni3Al-LDH@Au25-0.23较γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au25-0.21和γ-Fe2O3@Cu0.5Mg2.5Al-LDH@Au25-0.2有更高活性，归因于前者大量的Ni-OH位和Au-载体强相互作用。
　　4)γ-Fe2O3@Ni3Al-LDH@Au25-0.053在无溶剂条件下催化1-苯乙醇氧化活性TOF值高达112498 h-1，且在有溶剂条件下对其他醇类的氧化都具有较高的活性，归因于近原子精度Au25纳米簇的富电子特征及其与壳层LDH和磁核间的三相协同作用。同时，催化剂可通过外加磁场快速与反应体系分离，且循环使用10次仍然保持很好的催化活性和选择性，是一种环境友好型绿色高效催化剂。
　　5) Pd掺杂γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au24Pd1-0.2(2.7±1.0 nm)催化剂比γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au25-0.21具有更高的1-苯乙醇氧化活性，主要归因于Au-Pd的相互作用使部分电子云由Pd向Au转移，使得Au原子周围富集更多的电子，从而有利于提高醇氧化活性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 负载型Au催化剂的概述

1．2 负载型Au纳米晶催化剂

1．2．1 影响负载型Au纳米晶催化剂活性的因素

1．2．2 负载型Au纳米晶催化剂的制备

1．2．3 负载型Au纳米晶催化剂的应用

1．3 负载型Au纳米簇催化剂

1．3．1 Au纳米簇的基本性质

1．3．2 Au纳米簇的制备方法

1．3．3 负载型Au纳米簇催化剂的应用

1．4 水滑石材料

1．4．1 水滑石的结构与本质特征

1．4．2 LDH负载纳米Au催化剂的制备与应用

1．5 多级结构磁性材料

1．5．1 多级结构磁性材料的制备

1．5．2 多级结构磁性材料的应用

1．6 论文的研究目的、意义以及主要研究思路和内容

1．6．1 论文的研究目的、意义

1．6．2 论文的主要研究思路和内容

第二章 多级核壳结构γ-Fe2O3@LDH@Au25-x金纳米簇催化剂的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 化学试剂

2．2．2 合成

2．2．3 合成样品的物化性能表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 Au25Capt18的组成、结构及形貌

2．3．2 γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x催化剂及相应载体的结构与组成

2．3．3 γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x(M=Ni、Mg、Cu／Mg(0．5／2．5))催化剂及相应载体的形貌与磁性分析

2．4 本章小结

第三章 γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x催化剂的醇氧化性能评价与机理研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂催化醇氧化的催化活性评价

3．2．2 γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au25-x催化剂的电子结构表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂催化醇氧化的催化活性评价

3．2．2 催化剂结构与性能之间的关系

3．4 小结

第四章 多级核壳结构磁性金钯纳米簇的制备与醇氧化性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 化学药品

4．2．2 合成

4．2．3 合成样品的物化性能表征

4．2．4 γ-Fe2O3@M3Al-LDH@Au24Pd1-0．2催化剂催化醇氧化性能研究

4．3 结果与讨论

4．3．1 Au24Pd1Capt18纳米簇的结构与组成分析

4．3．2 γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au24Pd1-0．2催化剂的结构与组成分析

4．3．3 γ-Fe2O3@Mg3Al-LDH@Au24Pd1-0．2催化剂及相应载体的形貌分析

4．3．4 催化剂催化醇氧化的催化活性评价

4．4 小结

第五章 结论

本论文的创新点

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

作者和导师简介