鈮酸鹽納米片與氧化物粒子組裝及催化性能研究.pdf

1、層狀鈮酸鹽由于具有特殊的層板結(jié)構(gòu)及層間離子的可交換性，使得其可以通過(guò)酸化、剝離、柱撐等改性方法來(lái)調(diào)節(jié)材料的物理化學(xué)性質(zhì)。通過(guò)剝離獲得二維鈮基納米片，將其與氧化物納米粒子復(fù)合可以獲得結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)的功能性復(fù)合材料。
　　本文通過(guò)高溫固相法分別合成了層狀鈮酸鹽K4Nb6O17，并采用酸化、剝離制備相應(yīng)的納米片。采用水解方法制備了TiO2和Fe(OH)3納米溶膠，然后與Nb6O174-納米片溶膠進(jìn)行復(fù)合，成功制備了TiO2/Nb6O17

2、和Fe2O3/Nb6O17樣品。利用X-射線粉末衍射(XRD)、紫外可見(jiàn)光漫反射光譜(UV-visDRS)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、熱分析(TG-DTA)等物理化學(xué)測(cè)試手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。采用聚合-絡(luò)合法制備KNb3O8，并經(jīng)酸化、剝離等制備相應(yīng)的固體酸，采用甲苯硝化反應(yīng)作為探針考察其催化活性。
　　結(jié)果表明:采用聚合-絡(luò)合法可以制備出層狀鈮酸鹽KNb3O8，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳制備條件為7

3、00℃焙燒4h，與高溫固相法相比所得樣品的粒徑相對(duì)較小。熱分析結(jié)果表明，KNb3O8樣品具有較高的熱穩(wěn)定性，酸化后所得樣品H3ONb3O8的失重率明顯增加，這是由于層間質(zhì)子水合造成的。樣品的比表面積酸化前后變化不明顯（酸化前為9.23m2·g-1，酸化后為12.78m2·g-1），但經(jīng)剝離重組后樣品的比表面積為167.13m2·g-1。XRD和HRTEM結(jié)果也表明剝離重組后樣品的層間距明顯增加。以甲苯硝化反應(yīng)為探針評(píng)價(jià)樣品KNb3O8酸

4、化后的酸催化活性，通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)得出催化劑H3ONb3O8用量對(duì)甲苯硝化反應(yīng)的對(duì)鄰比影響最小，催化劑的預(yù)處理溫度為影響對(duì)鄰比的主要因素。這是因?yàn)殡S著催化劑H3ONb3O8預(yù)處理溫度的升高，樣品的酸強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。故固體酸的酸強(qiáng)度為影響甲苯硝化反應(yīng)的主要因素。
　　采用高溫固相法制備的層狀鈮酸鹽K4Nb6O17，XRD和SEM結(jié)果表明K4Nb6O17樣品的層板結(jié)構(gòu)十分規(guī)整，但是酸化后的樣品層板表面堆有碎屑，這是在酸化過(guò)程中持續(xù)劇烈攪

5、拌造成的。H4Nb6O17樣品經(jīng)剝離可形成二維納米片溶膠，通過(guò)調(diào)節(jié)溶膠的pH可以得到納米管。HRTEM和SEM結(jié)果表明所得納米管的管徑均勻且管長(zhǎng)較長(zhǎng)。TiO2/Nb6O17和Fe2O3/Nb6O17復(fù)合樣品同時(shí)具有納米片和納米微晶（TiO2或Fe2O3）的結(jié)構(gòu)特性。采用紫外可見(jiàn)漫反射光譜表征了各催化劑樣品的光譜響應(yīng)特征，結(jié)果表明樣品K4Nb6O17經(jīng)酸化、剝離-重組后的光譜性能變化不明顯，但是當(dāng)納米溶膠與氧化物TiO2或Fe2O3粒子復(fù)