銅基納米材料的制備及其催化性能研究.pdf

1、當(dāng)前資源短缺問(wèn)題日漸突出，資源消耗已逼近環(huán)境承載極限。如何減少有限資源的浪費(fèi)，提高其利用率，已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。目前廣泛使用的催化劑以性能優(yōu)良的金、鉑、鈀、銀等貴金屬為主，但它們儲(chǔ)量有限價(jià)格高昂，且由于其催化活性組分在納米顆粒的表面，核中大部分的貴金屬會(huì)被浪費(fèi)掉。引入Fe、Ni、Cu等便宜的金屬到核部分是一種有效節(jié)約貴金屬催化劑生產(chǎn)成本的方法。運(yùn)用納米制備技術(shù)，以銅替代貴金屬，制備出結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)越的復(fù)合材料，在增強(qiáng)催化活性的同時(shí)，

2、有效降低催化劑的成本，提高貴金屬資源的利用率，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。銅納米材料的控制合成已取得了很大的進(jìn)展，但是，探索銅納米材料生成過(guò)程中的影響因素，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便易行的合成路線，制備出形貌新穎的納米材料并拓展其應(yīng)用仍然具有重要的意義。
　　本論文旨在通過(guò)合理的技術(shù)路線，合成形貌結(jié)構(gòu)新穎的銅納米粒子和銅基復(fù)合納米材料，并研究其在催化方面的性能。采用XRD、SEM-EDS、TEM、DRS、UV-vis、ICP、EA等測(cè)試手段對(duì)合成

3、的催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌、光電性能及催化性能進(jìn)行研究。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.采用溶劑熱的方法，控制反應(yīng)的條件，使用CuI和VCNa分別制得了梭形、絨球形和花形的銅微納米粒子。研究了微納米銅的生長(zhǎng)過(guò)程，并簡(jiǎn)單探討了微納米銅的生長(zhǎng)機(jī)理。用以上制備的銅微納米材料對(duì)苯乙炔和芐基疊氮進(jìn)行鏈接反應(yīng)時(shí)的催化作用進(jìn)行了相應(yīng)研究。比較了各種形貌微納米銅的催化活性，其中微米花狀的銅催化性能最好。
　　2.應(yīng)用反相微乳液的方法制備了大小可

4、控的納米銅粒子?？疾榱诉€原劑硼氫化鈉的使用量對(duì)制備銅納米粒子的影響。研究了各種銅鹽作為前驅(qū)體制備納米銅的情況，結(jié)果表明氯化銅和醋酸銅能制備得到純納米銅，而硝酸銅則不能制備得到純納米銅。通過(guò)控制反相微乳液體系中水相和乳化劑的比例，成功制備出了形貌均一，粒徑大小可控的銅納米粒子。
　　3.通過(guò)反相微乳液的方法，制備出結(jié)構(gòu)新穎的Cu@Ag和Cu@Ag/RGO（還原石墨烯）核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。采用XRD、TEM、EDS、ICP、EA等

5、測(cè)試手段對(duì)制備得到的納米材料的微觀結(jié)構(gòu)及其組成進(jìn)行了相應(yīng)的表征。對(duì)于Cu@Ag納米粒子，由各表征得到的結(jié)果綜合分析，其確為銅核銀殼的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。對(duì)于Cu@Ag/RGO納米粒子，分析表明，Cu@Ag核殼納米粒子能較密集的均勻分布于RGO表層之上，且其結(jié)構(gòu)與單一未經(jīng)負(fù)載的核殼納米粒子無(wú)差異。對(duì)所得到的納米材料進(jìn)行加氫催化研究，結(jié)果表明，所制備出的Cu@Ag和Cu@Ag/RGO納米核殼材料的催化性能均十分優(yōu)良，并且Cu@Ag/RGO優(yōu)于

6、Cu@Ag。
　　4.通過(guò)反相微乳液的方法，制備出結(jié)構(gòu)新穎的以銅為核貴金屬金、鉑、鈀等材料為殼的核殼結(jié)構(gòu)納米材料。采用XRD、TEM、EDS、ICP等測(cè)試手段對(duì)制備得到的納米材料的微觀結(jié)構(gòu)及其組成進(jìn)行了相應(yīng)的表征。對(duì)于各納米粒子，由各表征得到的結(jié)果綜合分析，可以得出結(jié)論，所制備得到的納米材料確為以銅為核而外殼分別是由金、鉑、鈀所構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。并且通過(guò)控制貴金屬鹽加入量的方法，制備出組成可控的核殼材料。對(duì)所得到的核殼材料進(jìn)

7、行加氫催化研究，結(jié)果表明，所制備出的各核殼納米材料其催化性能均遠(yuǎn)好于單純的銅和貴金屬材料。
　　5.通過(guò)反相微乳液的方法，制備出結(jié)構(gòu)新穎的RGO負(fù)載銅為核貴金屬金、鉑、鈀等材料為殼的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米材料。采用XRD、TEM、EDS、ICP、EA等測(cè)試手段對(duì)制備所得到的復(fù)合納米材料的微觀結(jié)構(gòu)及其組成進(jìn)行了相應(yīng)的表征。對(duì)于各復(fù)合納米粒子，由各表征得到的結(jié)果綜合分析，可以得出結(jié)論，已經(jīng)成功制備得到RGO負(fù)載Cu@(Au、Pt、Pd)納