氣溶膠噴霧輔助合成復(fù)合納米催化劑及其性能研究.pdf

1、和傳統(tǒng)的共沉淀法、浸漬法等制備納米催化劑的方法相比，氣溶膠噴霧輔助法（ASAA）制備過(guò)程簡(jiǎn)單，且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。另外，諸如聚合物、生物分子以及納米粒子都可以輕易地通過(guò)前驅(qū)體的調(diào)配進(jìn)入超微液滴中從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)，并賦予材料豐富的相應(yīng)功能。盡管ASAA方法在納米催化劑的制備和應(yīng)用上已經(jīng)取得了豐富成果，但是還有很大的發(fā)展空間，前人的工作仍有不足之處。例如，采用目前的技術(shù)路線得到的貴金屬/金屬氧化物復(fù)合催化劑中貴金屬納米粒子的尺寸較大，催化活

2、性有限。再如，由于氧化物載體的尺寸達(dá)到微米級(jí)，催化過(guò)程中傳質(zhì)較慢。因而需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化合成策略，獲得高活性的催化劑。本文在ASAA方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)和優(yōu)化合成過(guò)程，發(fā)展了2種制備高活性復(fù)合納米催化劑的新途徑，獲得一系列催化活性高、穩(wěn)定性好的催化劑。同時(shí)，我們還系統(tǒng)表征和研究了所得催化劑的性質(zhì)、催化性能以及組分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。具體工作如下：
　　1.我們將貴金屬納米籽和金屬硝酸鹽的混合溶液作為前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)了用ASAA

3、途徑巧妙地將貴金屬納米粒子從溶液中轉(zhuǎn)載到貴金屬氧化物上，適用于各類貴金屬納米籽/金屬氧化物負(fù)載型催化劑的制備和研究。和前人工作相比，該策略所得催化劑中貴金屬納米粒子的尺寸很小（5 nm以下）。其次，這種合成方法避免后續(xù)的高溫H2熱還原，生產(chǎn)過(guò)程的安全性大大提高。此外，該方法熱處理的時(shí)間僅有幾秒鐘，貴金屬納米籽團(tuán)聚的幾率大大降低，從而保持其高的催化活性。我們以催化對(duì)硝基苯酚（4-NP）加氫還原反應(yīng)為模型反應(yīng)系統(tǒng)研究和評(píng)價(jià)了所得催化劑的活性

4、、穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明所得催化劑活性極高，其中Au/CeO2和Pd/Al2O3的反應(yīng)速率常數(shù)分別高達(dá)2.03和1.46 min-1，明顯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的同類催化劑。另外，所得催化劑的穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都十分優(yōu)異，5次循環(huán)使用后4-NP的轉(zhuǎn)化率仍能保持96％。
　　2.通過(guò)在前驅(qū)體溶液中加入葡萄糖添加劑，得到一系列超薄的鐵/鎳復(fù)合氧化物空心微球，殼由單層納米粒子構(gòu)成，厚度小于10 nm，解決了ASAA方法所得微球尺寸大而造成的

5、傳質(zhì)問(wèn)題。我們發(fā)現(xiàn)葡萄糖和鐵源的含量對(duì)于空心球的形成十分重要。并且，我們以對(duì)硝基苯酚加氫還原反應(yīng)為模型反應(yīng)系統(tǒng)研究了不同比例的鐵鎳復(fù)合氧化物納米催化劑的催化活性以及活性與組分結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，超薄空心鐵/鎳復(fù)合氧化物具有和貴金屬納米催化劑相當(dāng)?shù)膬?yōu)異催化活性，其催化對(duì)硝基苯酚還原的反應(yīng)速率是非空心結(jié)構(gòu)同組分催化劑的3~7倍。另外，鐵/鎳元素的比例對(duì)于催化活性影響很大，研究得出最優(yōu)的鐵鎳比例為1:1，反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到1.41 min