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贵金属基纳米复合材料的制备及其应用研究

贵金属基纳米复合材料的制备及其应用研究

作     者:徐琳琳 

作者单位:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 

作者专业:材料学

学位级别:硕士

导师姓名:杨军

授予年度:2019年

学科分类:08[工学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 

主      题:贵金属基复合纳米材料 苯催化氧化 甲醇电催化氧化 电子耦合 

摘      要:贵金属基纳米复合材料将贵金属和其他类别的组分结合在一起,使得复合材料具有独特的物理化学特性,在光催化、药物合成、环境催化、电催化和氧化/燃烧反应等领域表现出良好的应用前景。现在贵金属基纳米复合材料的合成方法主要是水相合成和有机相合成,水相合成需要用到非常贵重的化学试剂,且前驱体浓度不能太高,难以推广和大规模制备。有机相合成需要避免金属壳层在内核表面的过度沉积,则金属内核必须占据较大比例,但这样活性金属暴露出的面积较小,参与催化反应的活性面积较小,不利于催化反应的进行。因此,提高单位贵金属的催化性能,降低贵金属的用量成为当前的研究重点。本论文从材料学的观点着手,对催化剂的结构进行调控,利用调控过程中改变的电子结构和调控出的纳米材料的结构优势,以期提升贵金属基纳米复合催化剂的电化学催化和环境催化活性。基于这个整体思路,设计从提高原子分散度和利用空心结构的角度出发,来提高贵金属原子的利用率。首先是从提高原子分散度的角度,实现贵金属的原子分散,并测定其苯催化氧化性能。具体来说,先将铜(Cu)离子在油胺中还原得到Cu颗粒,再将钯(Pd)离子的前驱体与之进行伽伐尼置换(GRR)得到Cu-Pd双金属合金,将其负载在γ-氧化铝(γ-Al2O3)上,控制温度,将Cu氧化而Pd保持0价态,相当于Pd呈原子级别分散于氧化铜(CuO)上。将制备得到的贵金属-氧化物纳米复合催化剂进行苯氧化性能测试,结果表明,当Pd含量增加时,催化性能更好。除了Pd含量的影响,苯催化氧化的活性也与Pd的分散性有关。当Pd含量降低,其分散度会增加,可以有效防止Pd原子的团聚,从而提高每个活性位点的催化活性。同时,催化剂也表现出了良好的稳定性和抗水汽性能。该方法结合伽伐尼置换和氧化处理,节约了贵金属的用�

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