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金属有机框架化合物(MOFs)由于具有特定的结构,在催化过程中对特定的反应具有选择性。利用其结构特性,通过对MOFs中的有机配体功能化后修饰可以引入新的催化活性位点,此外将金属纳米颗粒负载在MOFs的孔道也可以催化某些反应。通过选择具有空配位点配体的MOFs,利用配体螯合金属的能力,可以在引入金属活性位的同时制备更为稳定的MOFs负载型纳米颗粒。依靠MOFs自带的空腔和一定大小的孔道可以限制纳米颗粒的生长尺寸和阻止颗粒的团聚,从而形成高分散性的纳米颗粒催化剂。此外,通过热解处理,前驱体MOFs可以成为构筑纳米金属碳复合物的理想模板。MOFs排列规整的金属节点在热解碳化时可以原位转化成纳米金属颗粒,而框架中的有机桥联配体则形成高孔隙率的多孔碳材料,从而得到高分散性、少聚集态的分散在碳材料上的纳米金属,从而制备金属/碳复合材料催化剂。 CO2是导致温室效应的主要气体之一。近年来随着工业的不断发展以及煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧而导致的CO2排放量急剧增加,因此研究CO2的化学转化及其利用就显得非常重要。特别地,将CO2催化转化成液态燃料或化学品,能够为解决环境问题和能源难题提供一套非常具有建设性的方案。其中,从CO2加氢直接合成甲酸是一种原子经济性为100%的绿色途径,不仅为缓解温室效应提供了一种思路,而且可以由此得到重要的化工产品甲酸及其衍生物。已经报道的研究当中,用于催化CO2还原合成甲酸衍生物的催化剂以具有螯合结构的金属有机配合物居多。目前,利用Cu基催化剂催化CO2加氢合成甲醇已成为研究热点之一,而甲醇是一种十分重要的有机化工原料。作为一种清洁的液体燃料,甲醇在能量存储和燃料电池等领域都将大有可为之处。在此研究背景下本文以MOFs为研究模型,制备具有螯合金属位点结构的异相催化剂和MOFs负载型金属纳米粒子催化剂,并将其运用于氢化还原CO2的液相反应。同时以Cu基MOFs为前驱体,通过高温热解煅烧处理,得到金属/碳催化剂,用于制备甲醇的CO2氢化催化反应,主要实验内容如下: 1、根据文献报道,先合成掺杂有吡啶基羧酸配体的UiO-67 MOFs即UiO-67-bpydc-bpdc(bpydc=2,2-联吡啶-5,5-二羧酸,bpdc=联苯二甲酸),分别通过浸渍法后修饰合成和还原处理,得到负载金属活性位(包括Fe,Co,Ni,Cu,Pd)的异相催化剂,将其运用于氢化还原CO2的液相反应。同时合成担载在UiO-67-bpydc-bpdc上的异相Pd纳米催化剂即Pd@UiO运用于该反应。 2、通过热解煅烧法,分别以HKUST-1和含有Cu、Zn节点的Cu3-xZnx(BTC)2为前驱体,制备得到Cu/C和Cu/Zn/C催化剂,并将其运用于CO2的气固相氢化催化反应制备甲醇,并研究这两种催化剂的催化行为。