磷化钼的可控合成及其加氢脱氯性能的研究

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随着有机化学的不断发展,有机氯化物作为清洗剂和溶剂在当前的工业中发挥着重要的作用,但与此同时,有机氯化物也会对人体和环境造成危害,因此降解有机氯化物的问题显得尤为紧迫。在当今研究最多的脱氯反应催化剂中,过渡金属磷化物因为具有良好的化学稳定性和导电性而受到重视,磷化钼作为其中之一同样也得到了关注。磷化钼(Mo P)属于单晶结构,且晶格结构不稳定,这使其表面具有潜在的配位不饱和位点,但是目前Mo P作为催化剂的应用还存在一些问题。因为高温的制备条件使得Mo P易于团聚,导致Mo P的催化活性较差;其次,对于Mo P的活性位与催化性能之间的构效关系研究较少,难以有目的地可控合成高活性Mo P。本论文针对上述问题,分别通过形貌改性、元素掺杂的手段对Mo P的活性和循环稳定性进行调控,并从价键变化的角度入手探究了影响Mo P活性和稳定性的本征因素,为后续设计高活性Mo P提供了有益的参考。主要研究内容如下:1、以脱脂棉为模板,运用其纤维棒状的特殊形貌合成了中空管状的Mo P@C。相比未改性的Mo P,Mo P@C具有更大的比表面积和更高的活性组分分散度,从而使得Mo P@C对三氯乙烯的加氢脱氯反应显示出更高的催化活性。其中,当脱脂棉添加量为2.5 g时,Mo P@C-14.1的最佳活性为47.18%,相比于未改性Mo P的24.98%提升了近两倍。除此之外,通过改变脱脂棉的添加量,Mo P@C的形貌会展现出由大面积堆积至中空管状,最后转为卷曲带状的变化趋势,随之催化剂的活性也先升高后降低。因此,脱脂棉是一种有效的调控TMPs形貌的模板,该方式操作简单、原料易得,可以为制备不同形貌的高活性TMPs提供一种新的思路。2、通过考察Mo P催化剂中氧元素的重要作用,提出了Mo P中存在的Mo-P-O键是加氢脱氯反应活性的关键。本论文主要通过对比不同温度反应前后的Mo P的结构和性能变化,发现Mo P的加氢脱氯催化过程伴随着Mo-P-O键的消耗。这是因为O原子具有更强的电负性和不同于P的电子结构,导致Mo P中出现悬空键,从而构成了Mo P不稳定的结构。因此本论文采用了强氧化剂氧化的方式提高Mo-P-O键的含量,从而实现了Mo P催化剂的循环利用。双氧水处理后的Mo P/H2O2在500℃下活性恢复至19.92%,只比最初Mo P的活性略低(24.98%),且上述氧化步骤重复三次后,催化活性仍然可以恢复至10.46%,比首次温度循环后的Mo P性能更好。由此得出,用双氧水氧化处理的方式来提高Mo-P-O键的含量并实现催化性能的恢复是简单可行的,这对提高TMPs的催化性能和循环稳定性具有借鉴意义。3、采用EDTA和葡萄糖协同改性的方式实现了C,O共掺杂的Mo P/x EG的制备。相比于未改性的Mo P,Mo P/x EG中碳、氧元素的掺杂加快了电荷转移,确保了活性位点在催化过程中更多的暴露。同时,Mo P在碳基质上高度分散,这增加了催化剂的比表面积,有利于反应物在催化剂表面的吸附,从而使得改性后的Mo P/x EG催化活性得到有效提升。在改变Mo P和表面改性剂添加摩尔比的情况下,Mo P/0.5EG的最佳活性达到了57.80%,较Mo P催化剂的性能提升了2.3倍。
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