微孔聚合物及微孔碳材料負(fù)載金屬催化劑在催化及電催化中的應(yīng)用研究.pdf

1、在多相催化劑材料研究中具有大比表面積的多孔材料表現(xiàn)出了非常優(yōu)秀的性能，在制備負(fù)載型金屬催化劑時(shí)不僅能夠穩(wěn)定金屬粒子，這種具有獨(dú)特孔性質(zhì)的材料對(duì)阻止金屬納米顆粒的團(tuán)聚、長(zhǎng)大具有很好的保護(hù)作用。但是傳統(tǒng)的合成對(duì)于特殊孔結(jié)構(gòu)的催化劑材料很難在合成中達(dá)到可控的目的，而且孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)與應(yīng)用活性的相互關(guān)系也很少被研究到。因此研究骨架聚合物材料合成的控制以及結(jié)構(gòu)與活性的構(gòu)效關(guān)系就具有非常大的挑戰(zhàn)性，同時(shí)也具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文的主要工

2、作集中在微孔新材料制備負(fù)載型金屬催化劑并用于催化領(lǐng)域中，我們通過碳化、摻雜、原位合成或者形貌控制的方法，設(shè)計(jì)和制備了高活性的多相催化劑體系，在偶聯(lián)反應(yīng)，加氫反應(yīng)，電催化氧還原反應(yīng)中這些負(fù)載型金屬催化劑均表現(xiàn)出了非常高的催化活性。同時(shí)我們?cè)噲D在微孔材料可控制備的基礎(chǔ)上，建立起孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)與制備金屬粒子大小、分散性的存在關(guān)系，進(jìn)一步將這種優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域中。論文主要包括以下內(nèi)容：
　　(1)制備了一種具有中空有機(jī)微囊結(jié)構(gòu)的微孔載體

3、材料，該材料骨架結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，通過在微囊中引入縮聚物穩(wěn)定Pt納米顆粒這一方法，制備出了有機(jī)微囊包裹的高分散的PtNPs催化劑，該催化劑具有小的尺寸和很高的分散度，在室溫2MPa H2條件下硝基化合物的加氫反應(yīng)中能夠取得99％的收率，TOF能夠達(dá)到2700h-1，而且催化劑可以循環(huán)使用用15次。在對(duì)微囊結(jié)構(gòu)與活性研究的過程中，我們發(fā)現(xiàn)微囊的微孔壁結(jié)構(gòu)以及縮聚物的引入對(duì)該催化劑的高活性具有決定性的意義。
　　(2)在微孔骨架材料的合成

4、過程中原位摻雜卡賓(NHC)、卟啉(TPP)等對(duì)金屬具有極強(qiáng)鍵合力的功能配體，這樣我們就能夠?qū)⑦@些吸電子的配體構(gòu)筑到聚合物材料的骨架中，并制備了Pd-NHC-2-Pd2+高效Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)催化劑以及HUST-1-Co催化CO2吸附轉(zhuǎn)化催化劑。Pd-NHC-2-Pd2+在5min內(nèi)催化溴苯與苯硼酸的反應(yīng)產(chǎn)率能夠達(dá)到99%，循環(huán)使用5次后產(chǎn)率仍然能夠達(dá)到90%以上；HUST-1-Co在不僅具有很高的CO2吸附性能（21.39%），而且

5、在25oC，0.1MPa條件下催化CO2與環(huán)氧化合物生成環(huán)狀碳酸酯的產(chǎn)率達(dá)到95%以上，催化劑可以循環(huán)使用15次。對(duì)于含配體的骨架材料的結(jié)構(gòu)與金屬之間的分散度、作用力等也做了探索，表明雜原子的摻雜非常有利于金屬的分散以及穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)于氣體的吸附量也有一定的提高。
　　(3)采用直接碳化微孔聚合物的方法制備MOPs基的碳材料，并制備了碳層包覆的Pd納米顆粒催化劑。這種微孔碳包覆的金屬催化劑在 Heck偶聯(lián)反應(yīng)和電催化氧還ORR反應(yīng)中