原位复合型铂镍双金属纳米晶/镍铝水滑石的合成及其催化性能研究

摘要

金属催化剂的活性和性能与其表面几何结构及电子结构相关，某些决定性因素比如暴露晶面、晶格条纹、d-电子轨道中心近些年来都引起了广泛的关注，通常通过控制金属的表面结构来提高催化剂吸附和活化能力。据信大多数催化方法中涉及多种类型的催化中心和步骤，并且需要考虑不同的反应性位点的协同作用。为了获得优异的活性和选择性，在设计的混合型金属纳米结构如金属/金属，金属/金属氧化物，金属/半导体领域开展了大量工作。因此，建立多组分活性位点之间的适合的界面是进行能量转换和化学转化中至关重要的。
　　碱性位点与金属位点相结合通常会通过稳定反应中间体或加速优势反应来提高催化剂活性，尤其表现在某些串联反应。传统催化上，金属位点和碱位的结合可通过使用某些固体碱催化剂如沸石或金属-有机框架来限制其空腔中的金属，或只是引入碱作为添加剂来实现的。在前者的情况下，该限制通常导致活性金属位点的损失和质子转移的一些问题。而对于后者，通常在均相催化中，外加入碱如胺或醇盐存在固有缺点，包括催化剂回收以及由于氨基和金属之间的强有力的配位使得金属催化剂活性衰减。
　　到现在为止，控制金属和碱性位点的纳米级之间的界面，并且不会失去活性金属位点仍然是很大的挑战。在此，我们的工作主要包括以下几点:
　　(1)我们首次将结合的铂镍(Pt-Ni)合金的去合金化过程和镍铝水滑石(NiAl-LDH)的生长的过程中结合在一起来构造铂镍合金表面包覆镍铝水滑石(Pt-Ni/LDH)的复合催化剂。并且通过化学蚀刻来去合金化的铂镍合金的表面上的显著增加金属位点。
　　(2)我们对于原位合成的Pt-Ni/LDH进行了详细的表征。在铂镍合金表面原位形成的镍铝水滑石覆盖铂镍合金表面显示层状结构，这将大大扩大催化剂表面面积，并且水滑石呈现优异的柔韧性不会导致传质问题。此外，我们对于Pt-Ni/LDH的生长机制进行了研究，并基于此进行了DFT理论计算。
　　(3) Pt-Ni/LDH作为一个典型的复合催化剂，金属和碱中心的紧密结合保证了该催化剂的高活性和选择性，本文选择了糠醛加氢、苄胺脱氢以及氧析出反应作为模型反应，Pt-Ni/LDH均表现优异于Pt-Ni合金以及LDH。
　　这种以前未报告的脱合金策略与碱度双金属表面生成的结合过程将极大促进之后对于双金属纳米颗粒/水滑石的新系列催化剂的研究。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 Pt-Ni双金属催化剂的研究意义与现状

1．1．2 水滑石LDH的研究意义与现状

1．2 本文研究的选题思路及主要内容

1．2．1 本文选题思路

1．2．2 本论文的主要研究内容

2 铂镍合金及LDH前驱体的合成

2．1 引言

2．2 铂镍纳米晶的合成及表征

2．2．2 Pt-Ni／DH的合成及表征

2．2．3 Pt-Ni合金的结构表征

2．3 镍铝水滑石的合成及表征

2．3．2 镍铝水滑石的合成

2．3．3 结构表征

2．4 本章小结

3 原位复合型铂镍双金属纳米晶／镍铝水滑石的合成及表征

3．1 引言

3．2 Pt-Ni／DH的合成

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 实验方法

3．3 Pt-Ni／LDH的结构表征

3．3．1 调控Ni：A1比合成Pt-Ni／LDH及其结构表征

3．3．2 调控反应时间合成Pt-Ni／LDH及其结构表征

3．2．3 Pt3Ni／LDH复合材料的结构表征

3．4 DFT计算

3．5 本章小结

4 Pt3Ni／LDH复合结构的催化性能研究

4．1 引言

4．2 Pt3Ni／LDH的氧析出电化学性质初探

4．2．1 氧析出反应的实验部分

4．2．2 Pt3Ni／LDH氧析出反应的性能

4．3 Pt3Ni／DH苄胺脱氢性能初探

4．3．1 实验部分

4．3．2 Pt3Ni／LDH苄胺脱氢反应的性能

4．3 Pt3Ni／LDH糠醛加氢性质初探

4．3．1 Pt3Ni／LDH糠醛加氢反应的实验部分

4．3．2 Pt3Ni／LDH糠醛加氢性能初探

4．4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简介

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