負(fù)載型金納米催化劑的可控合成、機(jī)理及潛在應(yīng)用研究.pdf

1、負(fù)載型金催化劑作為一種新型的催化材料，在許多反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性、穩(wěn)定性和選擇性。特別是在低溫CO催化氧化、光催化降解、選擇氫化、封閉式CO2激光器、NO還原、氫燃料電池、烴類氧化等很多領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。因此，國(guó)內(nèi)外催化界對(duì)其制備方法、載體選擇、結(jié)構(gòu)表征、催化性能及催化機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究，并取得了很多研究成果。但是仍有很多問題尚未解決或研究結(jié)果還存在爭(zhēng)議。因此，制備出低負(fù)載量、高活性、高穩(wěn)定性的金催化劑并對(duì)其催化機(jī)理進(jìn)行深入

2、探討仍然是催化領(lǐng)域研究的重要課題。
　　 本論文基于目前研究現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了進(jìn)一步探索，著重研究載體新穎形貌的設(shè)計(jì)合成、負(fù)載型金催化劑的簡(jiǎn)單制備方法及催化劑的應(yīng)用。試圖創(chuàng)新合成方法制備出低負(fù)載量、高活性、高穩(wěn)定性的金催化劑，并研究其構(gòu)效關(guān)系。我們選用有機(jī)小分子作為添加劑可控合成了不同形貌CeO2，并以此作為載體制備了Au/CeO2催化劑，并進(jìn)一步探究了Au/CeO2催化劑在CO催化氧化方面的應(yīng)用。另外還分別選用TiO2和C

3、dS為載體，制備了Au/TiO2和Au/CdS催化劑，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　 本論文主要開展了以下幾項(xiàng)主要工作:
　　 (1)不同形貌CeO2載體的可控合成及機(jī)理。分別以己二酸，庚二酸，草酸為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，用簡(jiǎn)單、無模板、一步溶劑熱法合成了不同形貌且具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的CeO2，包括介孔中空球、介孔球、片狀三種形貌，分別標(biāo)記為CeO2-己二酸，CeO2-庚二酸，CeO2-草酸。其中CeO2-己二酸是平均粒徑為135nm的介

4、孔中空球，由平均尺寸為3nm的小顆粒組成，孔隙大小為3.3-4.2nm，壁厚約為25nm;CeO2-庚二酸是平均粒徑為126nm的介孔球，由平均尺寸為2.8nm的小顆粒組成，孔隙大小為3.1-4.0nm;CeO2-草酸是分散性很好的介孔片狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約500-600nm，寬約290-330nm，由平均尺寸為9-11nm的小納米片組成。根據(jù)添加劑對(duì)樣品形貌的影響，我們通過改變添加劑種類實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品形貌的可控性。利用SEM、HRTEM、XRD、

5、FTIR、BET及TG-DSC對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表征與分析。并且著重研究了己二酸和反應(yīng)時(shí)間對(duì)介孔CeO2中空球形貌的影響，并提出了自組裝過程和奧斯特瓦爾德熟化相結(jié)合的反應(yīng)機(jī)理。
　　 (2)不同形貌Au/CeO2催化劑的制備、表征及催化性能。用合成的三種不同形貌的CeO2做載體，利用簡(jiǎn)單溫和的方法在常溫下合成了三種Au/CeO2催化劑，分別標(biāo)記為Au/CeO2-己二酸，Au/CeO2-庚二酸，Au/CeO2-草酸。并對(duì)所得的三種催化劑做

6、了XRD、FESEM、HRTEM、EDX等表征與分析。結(jié)果表明金在CeO2載體上的分散性很好，且粒徑較小。并對(duì)三種Au/CeO2催化劑進(jìn)行相同條件下CO催化氧化活性評(píng)價(jià)和比較，其中Au/CeO2-己二酸在常溫下對(duì)CO的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到92％，并且在該測(cè)試條件下連續(xù)使用20h后其轉(zhuǎn)化率仍可達(dá)到91％，具有很好的催化活性和穩(wěn)定性，這是由于CeO2-己二酸優(yōu)良的結(jié)構(gòu)屬性和高的比表面積，如中空結(jié)構(gòu)可以有效地提高空間色散，高的比表面積能夠?yàn)榉磻?yīng)物提

7、供更多的活性位來發(fā)生吸附和活化反應(yīng)，且有助于金屬分散，孔隙通道可以有效地提高催化劑和反應(yīng)物之間的接觸。
　　 (3)Au/TiO2和Au/CdS催化劑的制備、表征及催化性能。用TiO2介孔球和花狀CdS做載體，利用沉積沉淀法合成了Au/TiO2和Au/CdS催化劑。并對(duì)所得的催化劑進(jìn)行SEM、XRD、HRTEM、TG-DSC等表征與分析。以典型的環(huán)境污染物羅丹明B作為被降解物，進(jìn)一步探究了Au/TiO2在光催化降解染料方面的應(yīng)用