兩維材料限域金屬納米催化劑的構(gòu)建和催化性能研究.pdf

1、在納米催化的研究和實(shí)踐中通過(guò)改變納米粒子的尺寸、形貌、組成可以有效調(diào)變催化性能。此外，還可以在催化劑表面構(gòu)建合適的限域微環(huán)境對(duì)表面化學(xué)和反應(yīng)進(jìn)行有效調(diào)控。本論文探索在金屬催化劑表面上構(gòu)建兩維材料形成金屬@兩維材料核殼納米結(jié)構(gòu)，利用兩維材料與金屬表面之間的限域作用來(lái)調(diào)變催化劑表面的微觀環(huán)境，提高催化劑的活性，選擇性及穩(wěn)定性。主要利用石墨烯和六方氮化硼(h-BN)限域金屬Pt和Ni構(gòu)建了Pt@C和Ni@h-BN催化劑。選擇CO氧化，合成氣甲

2、烷化和氫氧化(HOR)作為探針?lè)磻?yīng)研究?jī)删S材料/金屬納米粒子界面間的限域效應(yīng)對(duì)催化反應(yīng)的影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.Pt@C核-殼結(jié)構(gòu)催化劑的構(gòu)建及其在CO氧化反應(yīng)中的性能:利用化學(xué)氣相沉積法以乙烯為碳源在Pt納米粒子表面生長(zhǎng)石墨烯殼層結(jié)構(gòu)。拉曼，酸洗處理和程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明當(dāng)生長(zhǎng)溫度為450℃可以在Pt納米粒子表面形成少數(shù)層有缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)。Pt納米粒子表面的石墨烯結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)Pt催化CO氧化反應(yīng)，使得CO氧

3、化反應(yīng)表觀活化能降低30 kJ/mol。100℃時(shí)，Pt@C/SiO2催化劑CO氧化反應(yīng)的TOF是Pt/SiO2催化劑的3倍。CO脈沖化學(xué)吸附以及CO原位紅外表征結(jié)果證實(shí)CO氧化反應(yīng)是在石墨烯/Pt界面上發(fā)生。
　　2.h-BN限域Ni催化劑的構(gòu)建及其催化甲烷化反應(yīng)性能:高分辨電鏡表征結(jié)果證明成功制備少數(shù)層h-BN覆蓋的Ni@h-BN核-殼結(jié)構(gòu)催化劑。發(fā)現(xiàn)Ni@h-BN/SiO2催化劑具有優(yōu)異的合成氣甲烷化反應(yīng)活性，表面h-BN殼

4、層結(jié)構(gòu)可以大大提高催化劑的穩(wěn)定性。原位近常壓X-射線(xiàn)光電子能譜表征和H2脈沖化學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明CO和H2分子可以在被h-BN覆蓋的Ni納米粒子表面吸附并且發(fā)生合成氣甲烷化反應(yīng)。
　　3.Ni@h-BN核-殼催化劑用于氫氧化(HOR)反應(yīng)研究:與Ni/C催化劑相比，Ni@h-BN/C催化劑催化HOR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率明顯增加。其交換電流密度是Ni/C催化劑的6倍。X-射線(xiàn)光電子能譜表征結(jié)果，程序升溫氧化和循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)結(jié)果都說(shuō)明h-BN