釕納米晶體的微波可控合成及其催化性能研究.pdf

1、貴金屬納米材料因其在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)尤其是催化學(xué)方面的廣泛應(yīng)用而成為了近年來研究的重點(diǎn),研究發(fā)現(xiàn)貴金屬納米材料獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)是與其形貌、表面結(jié)構(gòu)以及尺寸大小密切相關(guān)的,因此,研究者致力于制備出形貌和尺寸可控的貴金屬納米材料來使其性能得到最大限度的發(fā)揮。而釕(Ru)由于其在催化領(lǐng)域所處的重要地位而被廣泛研究,但從目前的研究資料來看對Ru納米的研究主要集中在對其粒徑進(jìn)行控制,并探討粒徑對其催化性能的影響,而對Ru納米晶體以及自組裝等相關(guān)

2、形貌的研究非常少。本文結(jié)合目前的文獻(xiàn)資料以及實驗室已有的基礎(chǔ)條件提出了微波醇熱法對樹枝狀Ru納米晶體和自組裝Ru納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控形貌和大小的制備,通過 TEM、XRD、XPS以及 UV-Vis對制備出的Ru納米晶體進(jìn)行表征分析,探討還原劑醇、保護(hù)劑PVP、前驅(qū)鹽濃度、加熱時間以及制備方式對其形貌大小的影響,并對樹枝狀 Ru納米晶體以及自組裝 Ru納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)理進(jìn)行初步探討。將制備出的樹枝狀Ru納米晶體用于催化芳香族硝基化合物的加氫,通

3、過產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性對其催化性能進(jìn)行評價。
　　以0.03 mol/L的RuCl3苯甲醇溶液為金屬鹽前驅(qū)物,0.15 mol/L的PVP K360苯甲醇溶液為保護(hù)劑,苯甲醇作為還原劑和溶劑,采用微波這一快速的體加熱方式加熱360 s,制備了平均粒徑為19.6 nm的樹枝狀Ru納米晶體。通過TEM、UV-Vis、XPS以及XRD等對所制備的樹枝狀Ru納米晶體進(jìn)行表征,PVP分子量、還原劑類型、PVP用量、前驅(qū)鹽濃度、反應(yīng)

4、時間對樹枝狀Ru納米的形貌和尺寸都能產(chǎn)生顯著影響。
　　以0.03 mol/L的RuCl3苯甲醇溶液為前驅(qū)物,0.15 mol/L的 PVP K360苯甲醇溶液為保護(hù)劑,丙三醇和苯甲醇共同做還原劑和溶劑,并保持其二者體積比4:1,微波加熱240 s制備出了粒徑約為32.7 nm左右的Ru納米球,通過TEM、UV-Vis、XPS和XRD表征發(fā)現(xiàn)Ru納米球是由粒徑為2-3 nm的Ru納米小顆粒自組裝形成的二級結(jié)構(gòu)。包括加熱方式、還原劑

5、種類、還原劑的體積配比、保護(hù)劑PVP用量以及反應(yīng)時間都能影響自組裝Ru納米球的形貌和尺寸。初步探討了自組裝Ru納米球的形成機(jī)理,微波加熱方式,丙三醇和苯甲醇,PVP等因素保證了均一分散,取向一致的構(gòu)造單元 Ru納米小顆粒的形成,而且為自組裝 Ru納米球的形成提供必要的作用力和穩(wěn)定的空間位阻效應(yīng)。
　　采用樹枝狀Ru納米晶體作催化劑催化對-氯硝基苯的加氫,通過驗證不同條件對整個反應(yīng)的影響,得出在溫度為80℃,H2壓力為1 MPa,甲

6、醇作溶劑,底物與催化劑的摩爾比為150:1時,反應(yīng)3 h后底物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了72.81％,同時目標(biāo)產(chǎn)物對-氯苯胺的選擇性達(dá)到了100%。通過與尺寸為2.5 nm左右的5%Ru/C和Ru納米小顆粒催化劑相比,樹枝狀Ru納米晶體催化下對氯苯胺的選擇性達(dá)到了100%,初步推斷與 Ru納米晶體的形貌和尺寸大小有很大關(guān)聯(lián)。通過反復(fù)循環(huán)使用樹枝狀Ru納米催化劑,得出樹枝狀Ru納米催化劑能夠循環(huán)多次以上,并且保持其形貌和粒徑基本不變,可以作為對-氯硝