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近年来,微纳尺度中空材料由于具有比表面积高、密度低等特点,并且内部中空,可以包容其他客体分子和颗粒,在催化、功能填料、气体传感、水处理等领域表现出诱人的应用前景。镍作为一种过渡金属,在催化方面具有成本低、催化活性高等优点,广泛应用于多种加氧反应中,但是常用的Raney Ni催化剂在制备过程中会造成污染。因此,制备高效、成本低和环境友好型的镍基催化剂具有重要的理论意义和实际意义。 本论文研究结果包括以下几个方面: 1.可控合成具有介孔结构的SiO2/Ni核壳微球和空心微球。 通过水热法在180℃条件下,以乙酸镍为镍源,二氧化硅为模板,通过牺牲模板/界面反应法,得到了具有介孔结构的SiO2/Ni3Si2O5(OH)4核壳微球和Ni3Si2O5(OH)4空心微球。利用适当的乙酸镍和二氧化硅的摩尔比,通过调控反应时间达到控制壳层厚度和内核核大小的目的。在氢气气氛下,对其进行还原得到介孔SiO2/Ni复合核壳微球和空心微球。利用BET检测了其介孔结构、比表面积及介孔人小。结果表明,水热反应时间为6 h,12 h和24 h的Ni3Si2O5(OH)4进行还原而得到的SiO2/Ni的BET比表面积分别为211.1 m2/g,201.5 m2/g和158.4m2/g,孔容分别为0.395 cm3/g,0.391 cm3/g和0.305 cm3/g,介孔大小分别为3.8 nm,3.7 nm和3.8 nm。显而易见,如此的介孔结构对催化的应用是非常重要的。 2.还原温度对Ni3Si2O5(OH)4还原规律及磁学性能的影响 在氢气气氛下,采用不同的还原温度对介孔SiO2/Ni3Si2O5(OH)4核壳微球和Ni3Si2O5(OH)4空心微球还原3 h,测试结果表明,当还原温度为450℃时,Ni3Si2O5(OH)4部分被还原。当还原温度达到550℃时,Ni3Si2O5(OH)4可以全部被还原。当还原温度为550℃时,Ni3Si2O5(OH)4中的镍离子被完全还原成单质镍还原完全后得到的介孔Ni/SiO2核壳微球和空心球其尺寸、形貌和结构与还原前Ni3Si2O5(OH)4相同。采用超导量子干涉仪(SQUID)分别对还原温度为350℃,450℃,550℃的还原产物进行测试,测试结果表明:还原前后的样品都具有超顺磁性,不存存磁洄滞曲线,矫顽力为0。随着还原进行,样品的磁化饱和强度逐渐增大。 3.具有介孔Ni/SiO2核壳微球和空心球催化性能的研究 将制备的介孔Ni/SiO2核壳微球和空心微球用于催化间二硝基苯的液相加氢反应,以合成间苯二胺为目标反应,考察了Ni/SiO2的催化加氢性能,如:催化活性和选择性。实验结果表明:介孔Ni/SiO2微球的催化剂不仅表现出很高的催化活性,而且对时间苯二胺表现出很高的选择性。 4.具有介孔结的硅酸铜的调控合成与表征 通过水热法在140℃条件下,以二氧化硅胶体粒予为模板和反应物,在碱性环境下,以乙酸铜为反应物,合成了具有介孔结构的硅酸铜空心球。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段对所得产物进行表征和分析。实验结果表明,硅酸铜空心球的直径约为400 nm,壳层厚度为40nm,通过调节反应物的比例,可以调节硅酸铜空心球壳层的厚度,制备的硅酸铜空心球具有很高的比表面积(270 m2/g),这将赋予其广阔的应用前景。