金属纳米颗粒/有序多孔复合材料的定向合成与性能研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jo0909
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负载贵金属型多相催化剂由于其在精细化学品的有机合成方面具有杰出的选择性和循环使用性,已经广泛应用于工业合成和学术研究中。而钯基催化剂具有寿命长、价格相对低廉和易于回收,并且可以通过改变制备方法来提高其催化性能等优点,应用更为频繁。本文以制备高催化活性高稳定性的负载型钯基催化剂为目标,通过改变所选载体的形貌结构,对载体进行掺杂等修饰改性,改进催化剂制备方法等措施,完成有序多孔的负载型钯基催化剂的定向合成,并通过苯甲醇的无溶剂有氧催化氧化选择性生成苯甲醛,以及对硝基苯酚的催化还原实验来进行目标负载型钯基催化剂的催化性能研究。本文与以往制备的钯基催化剂相比,制备高催化活性高稳定性的有序多孔钯基催化剂有所不同。(1)合成过程无需加入任何络合剂,步骤简单,操作简易,大大简化了制备难度。(2)利用金属载体间相互作用,通过对催化剂载体进行修饰改性来加强这种相互作用,从而使制备所得的目标负载型钯基催化剂的性能更加稳定,获得更高的催化活性和循环使用性。最后通过化学实验来研究其催化性能。(1)将目标负载型钯基催化剂用于苯甲醇的无溶剂有氧氧化,在低温、常压的温和条件下就可制备出选择性高,易分离的高纯度苯甲醛。(2)将目标负载型钯基催化剂用于对硝基苯酚的催化还原,在室温下,保持氮气环境,用极少量的催化剂就能迅速完成对硝基苯酚的降解过程。课题完成了两部分催化剂的制备。实验一,利用正六边体短孔片状结构的ZrSBA-15介孔分子筛作为载体,对其进行碳氮层修饰,将五乙烯六胺(PEHA)分子引入到ZrSBA-15的骨架结构中,然后经过高温煅烧碳化形成含氮碳层。由于ZrSBA-15表面的酸性位与氮碳层之间的相互协同作用,可以使钯纳米粒子更均匀牢固的分布在载体表面,同时碳氮层也可以提供更多的固定点,加强载体和钯纳米粒子之间的相互作用,从而更加有效地阻碍钯纳米颗粒团聚失活,增强催化剂的稳定性和循环使用性,得到了催化活性高选择性好的Pd/CN-ZrSBA-15。经过循环实验证明目标催化剂在重复利用十次后其催化性能仍然很高。实验二,在实验一的基础上,将PEHA换用为多巴胺包覆不同形貌的介孔SBA-15,此项实验更加简化了目标催化剂的制备步骤,无需进行高温煅烧,且制备过程中无需加入还原剂,得到了高效的Pd/PDA-ZrSBA-15。并通过对硝基苯酚的降解实验证明了目标催化剂的高催化活性和循环使用性。最后,通过BET、XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS等分析技术对所合成的负载型催化材料进行表征。结果表明,钯纳米颗粒均匀的分散在碳氮层修饰的ZrSBA-15和SBA-15的表面和孔道中。成功的完成了有序多孔的钯基催化剂的定向合成。
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