论文部分内容阅读
界面离子液体负载型催化剂(Interfacial ionic liquid supported catalysts)是近年来发展起来的一类新型催化材料,该类催化剂具有“均相催化、异相分离”的特性,能够最大限度减少离子液体用量.由于载体表面具有一薄层离子液体,实现了催化活性的提高及稳定性的增加.因而,受到人们广泛关注. 本课题组设计了一类胍类离子液体负载粘土矿物负载贵金属催化剂,该催化剂在加氢反应中表现出优良的活性及稳定性,连续使用 5 次以上都表现出比现有催化剂(Ru/Al2O3、Ru/C 等)的 TOF 值要高出 10 倍.研究表明：离子液体与金属粒子间适度的相互作用使金属粒子保持小而均匀的尺寸,并显示很高的催化活性；金属粒子通过离子液体固载到载体上,不脱落、不聚集,使催化材料保持了良好的稳定性.这一催化材料中,离子液体、金属纳米粒子及载体对催化反应显示了良好的协同效应1-4. 为了弄清该催化剂的形成过程,本课题组采用了 LB 技术将催化剂载体对 IL 的吸附过程转变为水-气界面 Langmuir 的形成过程,实现了物理化学参数的简捷测定.构筑了界面离子液体(ionic liquid(IL))负载型催化剂的 LB 膜,将 LB 膜沉积到电极表面,通过电化学方法,证明了两组分(IL 和催化剂载体粘土矿物)和三组分(IL、催化剂载体粘土矿物和催化剂)催化剂的协同催化效应.研究发现,在粘土矿物稀溶液(钠化皂石(saponite)、锂化皂石(laponite))为亚相的体系里,具有超过六个碳原子支链长度的 咪 唑 类 离 子 能 够 形 成 稳 定 的 Langmuir 单 分 子 膜 . 通 过 记 录 表 面 压(surface pressure(π))对时间的动力学曲线(π-t),咪唑类 IL 或者催化剂分子(Pt 纳米晶)吸附到粘土单层需要 200 s 的平衡时间；吸附过程中的摩尔 Gibbs 自由能为 0.34-5.6 kJ mol-1.压缩构筑的复合 LB 膜,得到表面压对面积的等温线(π-A),可以证明 Pt 纳米晶已经吸附进气液表面的 IL-粘土的 Langmuir 单分子膜中；π-A 等温线上可以观察到两个相变点.光谱测试(UV-vis、原子吸收光谱(AAS))表明,构筑的氯化 1-十六烷基-3-甲基咪唑(C16MIM)- saponite- Pt 的三组分 LB 膜, C16MIM 在第一层沉积的 LB 膜中的含量为 0.65 ng mm-2.与此对比,laponite 具有较高的吸附容积.ATR-FTIR 发现了 IL 的有序构象振动从而证明了 IL 确实存在于 LB 膜,但固着了 Pt 纳米晶后,C16MIM 的分子特定振动峰难以确认.透射电镜(TEM)的结果显示直径约为 5.0 nm 的 Pt 纳米晶吸附在粘土片层的边缘,此外也表明可以通过表面压来控制 Pt 的表面分布.将制备的三组分 LB 膜沉积到玻碳电极上,利用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)来考察 LB 膜对甲醇催化氧化的电催化活性.结果表明,与 clay-Pt 的二组分膜相比,IL-clay-Pt 三组分 LB 膜显示了更好地催化活性和稳定性5-10.