有序介孔复合材料及其模板碳的设计合成及催化性能研究

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:J082214
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
有序介孔材料是指孔径介于250 nm之间且孔道呈现长程有序排列的一类多孔材料。由于介孔材料具有高的比表面积、均一可调的孔径、易于修饰的内表面及良好的稳定性等特点,使其在多相催化、吸附与分离、环境保护及电化学领域得到广泛应用。利用介孔材料内表面易于修饰的特点,对其进行调控使其成为功能化的材料,探究其潜在的应用,具有重大的意义。本论文主要研究有序介孔复合材料及其模板碳在酸催化及电催化还原CO2方面的应用研究。通过软模板法制备得到有序介孔复合材料ZrMo-KIT-6和金属氧化物NiO-Al2O3,前者作为固体酸催化剂用于甘油与丙酮的缩酮的反应,后者作为硬模板利用化学气相沉积法(CVD),制备出模板碳材料Ni-N-C-(T),研究其电催化还原CO2性能。鉴于硬模板制备较为复杂,我们又对该方法进行改进,直接以多孔的碳纤维纸负载Ni再通过CVD法制备电极用于电催化CO2还原反应。具体研究内容如下:1.有序介孔固体酸ZrMo-KIT-6设计合成及催化性能研究:采用一锅水热法合成了一系列不同Zr、Mo含量的固体酸催化剂(ZrMo-KIT-6)。通过XRD、N2物理吸脱附、TEM、TG-DSC、Raman、UV-vis和XPS等表征手段,系统地研究了不同比例的Zr、Mo组分和煅烧温度对Zr和Mo物种在介孔硅骨架中的影响规律。结果表明,当Zr和Mo的含量低于7%时,Zr和Mo物种以高分散态的形式存在材料的骨架中。NH3-TPD、吡啶红外测试表明材料具有高的酸量,且同时存在Br?nsted酸和Lewis酸位。ZrMo-KIT-6(5-700)具有最好的催化效果,转化率和选择率分别达到了85.8%和97.8%,并且经过5次循环反应性能没有明显的下降。2.有序介孔NiO-Al2O3为模板制备模板碳及电催化还原CO2性能研究:采用一锅溶剂挥发诱导自组装(One-pot EISA)的方法制备有序介孔NiO-Al2O3材料,再以其为硬模板,利用介孔孔道的限域作用,以乙腈作为C、N源,通过CVD法制备模板碳材料Ni-N-C-(T)。通过XRD、SEM、TEM、XPS及电化学测试等表征,表明了Ni-N-C-(600)材料具有高的N含量(3 at%),其中吡啶N的所占比例为40%,Ni纳米颗粒被N掺杂碳纳米管(NCNT)紧密包裹,两者界面处的Ni-N-C结构及吡啶型N有利于CO2RR反应。Ni-N-C-(600)材料具有最优的催化效果,在-0.76 V vs.RHE的电压下,FECO(%)达到了62%,电流密度达到了11.6 mA cm-2,反应达5 h后,FECO(%)仍有40%,表现出较好的稳定性。通过控制Ni-N-C材料的合成温度和调节电极电势,使合成气的比例CO/H2可在0.251.5之间连续调控。3.一步CVD法制备Ni-NCNTs/CP电极及电催化还原CO2性能研究:商业化碳纤维纸具有均匀的多孔结构,良好的导电性,直接以其作为载体负载不同含量的Ni,以乙腈作为C、N源,通过CVD法制备出X-Ni-NCNTs/CP-T作为电极用于电催化还原CO2制合成气。通过XRD、SEM和XPS等表征手段,表明了碳纸表面具有丰富的含有Ni纳米颗粒的N掺杂碳纳米管(Ni-NCNTs),并将碳纤维有效地进行了包裹,阻止了碳纤维直接暴露在电解液中,从而有效的抑制HER,表面的吡啶型N及Ni-N-C结构对CO2具有吸附活化作用。电化学测试表明2.5-Ni-NCNTs/CP-700具有最优的催化效果,在-0.86 V vs.RHE时,FECO(%)能够达到54%,电流密度达到了13.6 mA cm-2,并且在反应时间6 h时,FECO(%)还可以保持在30%以上。通过选择合适的电极,调节电极电势,使合成气的比例CO/H2可在0.11.5之间连续调控。
其他文献
问题提出是在解决问题的过程中,根据特定的问题情境发现问题的认知活动。20世纪初期,人们将目光过多的集中在问题解决。近些年来,在数学教育改革浪潮的推动之下,许多学者逐步
随着科学理论研究的不断深入,非线性动力学成为越来越多的学者研究的热门内容。非线性动力学专门研究非线性动力系统中的关于运动状态的定性及定量规律,并在物理、工程、社会科学等领域有广泛应用。规范形理论是研究非线性动力系统化简的重要方法,通过作一系列的近恒同变换把向量场在平衡点和周期解附近化简成简单形式,并保持系统的动力学性态不改变。由于经济、社会与科技的快速发展,对非线性动力学的研究逐渐从低维过渡到高维
随着无线网络系统规模的加大以及5G时代的来临,网络节点的数量大幅增加,信能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术的出现和发展为能源受限
大规模多输入多输出(MIMO)技术因其能够大幅度提高系统的能量效率(EE)和频谱效率(SE)已成为5G通信系统的关键技术之一。实现大规模MIMO系统增益的同时,也需要考虑硬件成本、
随着移动服务和资源密集型应用的快速增加,移动数据流量呈指数级的爆炸式增长。移动边缘网络作为一种有前景的架构,其利用边缘的低成本资源进行计算和缓存,从而有效地降低了
代理授权行为无因性理论起源于德国法,是对授权行为与基础法律行为关系提出的理论构造。具体到代理权范围,即本人与代理人之间的内部关系对权限施加何种影响,是检讨无因原则
随着信息时代的快速发展,无线网络的规模不断扩大,网络中的节点数目急剧增加。在传统的网络中,节点的能量是由容量有限的电池所提供的,这一供能方式决定了节点使用寿命的有限
自改革开放以来我国经济展现出迅猛发展的势态,但是与此同时也带来了逐渐严重的生态破坏及环境污染困境,在实践操作中生态环境受到破坏,不能够进行有效且及时的处理情况经常
本文针对6014铝合金V形凸角电磁成形工艺进行相关试验研究,分别使用平板集磁器、平板矩形线圈以及依靠弹性介质作为软模三种试验方案改变线圈产生的磁场力的分布,使坯料在变形部位得到合适的力场,进而形成V形凸角的形状。通过对比三种试验方案下V形凸角的成形高度,得出使用弹性介质作为软模驱动坯料成形的试验方案可以使坯料成形出更大的V形凸角。对等效放电回路中的电流与工件所受电磁力进行理论推导,得到等效放电回路
在经济飞速发展的今天,随着人民生活质量的不断提升,民众受教育程度也不断提高,越来越多的人将注意力集中到如何投资理财的问题上。因此,如何科学理财,将有限的资本投入到理