负载纳米镍催化剂的合成及其催化加氢性能

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Ni基催化剂在各种催化加氢反应中一直被广泛关注。然而,金属Ni纳米颗粒具有磁性,在制备或反应过程中会因聚集而导致催化剂活性下降,极大的限制其发展和大规模的应用。因此,制备分散度高且结构稳定的纳米Ni基催化剂仍然是一个巨大挑战。载体包覆是提高颗粒分散度的重要手段,它不仅具有一般载体的功能,例如均匀分散活性颗粒,还可以通过将活性组分包覆其中避免其流失和后续聚集。基于此,通过胶晶模板、简单浸渍和一步煅烧的方法制备了三维有序大孔(3DOM)的碳包覆镍纳米颗粒催化剂。柠檬酸和硝酸镍络合并浸渍在PMMA的孔隙中,氮气氛围下将PMMA脱除,同时柠檬酸碳化制备出包覆结构,Ni2+被还原为Ni~0,Ni纳米颗粒尺寸平均为5.6 nm。因为PMMA模板的整齐排列,得到的催化剂具有良好的三维有序结构。改变柠檬酸的加入量,催化剂形貌会有差异。柠檬酸量较小时,Ni纳米颗粒由多层的石墨化碳层包裹,柠檬酸量较大时,会沿着一维方向生成碳纳米管。以3DOM Ni@C为载体负载Cu,得到了循环性能优异的磁性回收催化剂,在对硝基苯酚还原反应中表现出良好的活性和稳定性。对3DOM Ni@C进行改性,用于催化硝基苯加氢反应,选择掺杂杂原子N来提高催化活性。以尿素为氮源,制备了三维有序大孔掺氮碳包裹镍颗粒(3DOM Ni@C(N))。表征发现氮原子成功掺入3DOM Ni@C,并保留了三维有序大孔的结构特征。对掺氮前后催化剂进行NH3-TPD和CO2-TPD的测试,结果表明掺氮改变了3DOM Ni@C的表面酸性和碱性。同时借助H2-TPD测试证明了掺氮增大了表面吸附氢分子的位点和数量,活性测试结果显示,3DOM Ni@C(N)-80-450的转化率和选择性为99.9%和99.9%,3DOM Ni@C的选择性和转化率为69.1%和42.3%,意味着掺氮后的催化剂能够有效提高硝基苯加氢的催化活性。在多级多孔硅酸镍结构的基础上,通过氢气还原制备了Ni/Si O2催化剂,研究发现Ni颗粒的结晶度对氢气的吸附能力具有较大影响,所以制备的一系列催化剂催化能力不同。同时将硅酸镍作为载体负载贵金属Ag,研究发现硅酸镍的纳米片排列紧密,空间有限,能够有效限制Ag粒子的尺寸,同时Ni/Si摩尔比影响微球的孔结构,而Ag-Ni O/Si O2-1.5拥有最大的孔径,有利于有机分子的有效转移,因此催化活性最高。
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