单分散AuPd合金纳米粒子的制备及对4-硝基酚的催化降解性能研究

在室温条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂,以Mg粉作为还原剂,采用一步置换法制备AuPd和Au纳米粒子。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及X-射线光电子能谱(XPS)等对该AuPd纳米粒子的性质进行了表征。结果表明,AuPd纳米粒子呈单分散态且能长时间稳定存在。采用不同摩尔比(3∶1,1∶1或1∶3)的金属离子前驱体AuCl₄^-和Pd²⁺,均可制备出单分散的AuPd纳米粒子。PVP对AuPd纳米粒子的稳定存在起关键作用。为对比AuPd催化活性,采用上述方法制备了单金属Au纳米粒子,所制备的AuPd以及Au纳米粒子对4-硝基苯酚(4-NP)的还原降解表现出优异的催化活性,其催化效率顺序为：Au₁Pd₁>Au₃Pd₁>Au₁Pd₃>Au。Au₁Pd₁纳米粒子循环使用5次后,其催化活性没有显著降低。     

AuPd合金纳米粒子的电化学制备及其对乙醇氧化的催化性能

以氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃为基底,电化学恒电位法制备AuPd合金纳米粒子.系统考察了AuPd纳米粒子的组成和不同制备条件对其结构和电催化性能的影响.运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量散射谱(EDX)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和电化学方法进行表征.结果表明,制备的AuPd合金中Au:Pd元素比与投料比基本一致,纳米粒子分散均匀;AuPd合金纳米粒子对乙醇电氧化的催化活性和稳定性显著高于纯Pd纳米粒子.当沉积电位-0.3 V、Pd:Au=3:1时,Au1Pd3纳米粒子对乙醇电氧化表现出最高的催化活性和稳定性:其对乙醇氧化峰值电流密度是相同条件下制备的Pd纳米粒子的7.7倍,稳定测试1800 s时乙醇氧化的电流密度(1.05 mA cm~(-2))是Pd纳米粒子(0.02 mA cm~(-2))的52.5倍.     

四氧化三钴负载金钯纳米催化剂催化消除甲苯和邻二甲苯

挥发性有机物(VOCs,例如甲苯和二甲苯)不仅危害人身健康,而且对大气环境造成严重污染.由于去除效率高、无二次污染以及耗能低等优点,催化氧化法被认为是消除VOCs的有效方法之一.该方法的关键是高效催化剂的研发.由于具有良好的低温催化氧化性能,过渡金属氧化物负载的贵金属催化剂备受关注.相比于单组分贵金属负载型催化剂,双组分贵金属负载型催化剂的催化活性、水热稳定性能和抗硫中毒性能均有显著提高.本文采用熔融盐法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了八面体状Co3O4负载的AuPd(x(AuPdy)/Co3O4;AuPd负载量x=(0.18,0.47,0.97)wt%;Pd/Au摩尔比y=1.85,1.93,1.92)合金纳米催化剂.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子衍射等技术对催化剂物化性质进行了表征.利用固定床微型反应器评价了催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应的催化性能.研究结果表明,采用熔融盐法制得的Co3O4具有规整八面体形貌,棱长约为300 nm.AuPd合金纳米粒子均匀分布在Co3O4表面,粒径为2.7–3.2 nm.在所得催化剂中,0.96(AuPd1.92)/Co3O4催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应表现出较高的催化活性.在空速为40000 mL/(g·h)时,甲苯和邻二甲苯转化率达到90%所需的温度分别为180和187 oC.我们认为0.96(AuPd1.92)/Co3O4催化剂较为优异的催化性能与AuPd纳米粒子和Co3O4之间的强相互作用和较高的吸附氧浓度有关.     

超薄氮化碳负载Pd纳米催化剂甲酸分解制氢性能

本文分别以尿素、双氰胺和三聚氰胺为前驱体,加水煅烧制备超薄氮化碳,并以其为载体制备了负载型Pd基催化剂,用于甲酸分解制氢反应。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法对所制备的材料的结构进行了分析,并测试了催化剂的产氢性能。结果表明,Pd/CN-U₁W₅催化剂对甲酸制氢表现出优异的催化活性,在348 K时初始TOF为1058 h^-1。经分析发现,水分子剥离的尿素分子所构建的薄层CN产生了更多的结构缺陷,提高了活性组分Pd在载体表面的分散,有助于提高催化剂的催化性能。     

功能化氮化碳对Pd基甲酸分解制氢催化剂性能的促进作用

负载型Pd基催化剂是最有效的甲酸分解(FAD)制氢催化剂之一,其中氮化碳载体的N含量较高,但是通常一步热解法制备的氮化碳为块状,难以有效分散表面金属纳米粒子(NPs)。 本文通过将尿素前驱体在溶剂化作用后热解得到功能化氮化碳,以此为载体,利用阴离子交换和硼氢化钠直接还原法制备了功能化氮化碳负载的Pd基催化剂(Pd/C₃N₄-F)。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对材料结构进行表征,并通过气体质量流量计测试了催化剂的性能。 Pd/C₃N₄-F具有优异的催化FAD制氢性能,30 ℃下的初始TOF(总转换频率)值和质量比活性分别为1824 h^-1和17.14 mol_H2/(g_Pd·h)。 对产物的气相色谱分析结果也表明没有副产物CO生成,表明催化剂具有优异的选择性。 并且随着温度的升高(30～40 ℃),催化剂性能逐渐提高。     

离子液体辅助合成AuPd纳米海绵及催化性能

在功能化离子液体氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑([HEmim]Cl)辅助下,在室温水溶液中一步快速合成了具有多孔海绵状结构的AuPd纳米材料.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱(EDX)和X射线衍射分析(XRD)等对该材料进行了表征.结果表明,AuPd纳米海绵为合金结构,由表面粗糙的纳米颗粒聚集熔接而成.采用不同摩尔比(3∶1,1∶1或1∶3)的前驱物HAuCl₄和Na₂PdCl₄均可制备出海绵状AuPd合金结构.离子液体对AuPd纳米海绵状结构的形成起关键作用.在对硝基苯酚还原反应中,不同组成的AuPd纳米海绵均表现出比商用Pd/C催化剂更优异的性能.其中,Au₁Pd₃纳米海绵具有最高的催化活性,反应在98 s内即可完成,反应速率常数为0. 0143 s^-1,是商用Pd/C的2. 3倍.该方法也可用于制备其它双金属(如PdCu,PtCu等)和多金属纳米海绵.     

四氧化三钴负载金钯纳米催化剂催化消除甲苯和邻二甲苯（英文）

挥发性有机物(VOCs,例如甲苯和二甲苯)不仅危害人身健康,而且对大气环境造成严重污染.由于去除效率高、无二次污染以及耗能低等优点,催化氧化法被认为是消除VOCs的有效方法之一.该方法的关键是高效催化剂的研发.由于具有良好的低温催化氧化性能,过渡金属氧化物负载的贵金属催化剂备受关注.相比于单组分贵金属负载型催化剂,双组分贵金属负载型催化剂的催化活性、水热稳定性能和抗硫中毒性能均有显著提高.本文采用熔融盐法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了八面体状Co_3O_4负载的AuPd(x(AuPd_y)/Co_3O_4;AuPd负载量x=(0.18,0.47,0.97)wt%;Pd/Au摩尔比y=1.85,1.93,1.92)合金纳米催化剂.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子衍射等技术对催化剂物化性质进行了表征.利用固定床微型反应器评价了催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应的催化性能.研究结果表明,采用熔融盐法制得的Co_3O_4具有规整八面体形貌,棱长约为300 nm.AuPd合金纳米粒子均匀分布在Co_3O_4表面,粒径为2.7-3.2 nm.在所得催化剂中,0.96(AuPd_(1.92))/Co_3O_4催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应表现出较高的催化活性.在空速为40000 mL/(g·h)时,甲苯和邻二甲苯转化率达到90%所需的温度分别为180和187℃.我们认为0.96(AuPd_(1.92))/Co_3O_4催化剂较为优异的催化性能与AuPd纳米粒子和Co_3O_4之间的强相互作用和较高的吸附氧浓度有关.     

超支化聚酰胺负载铂纳米簇杂化膜催化苯加氢反应

制备了一系列不同结构的超支化聚酰胺及其负载铂纳米簇杂化膜催化剂,研究了该催化剂对苯液相加氢反应的催化性能。利用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X-射线衍射和X-射线光电子能谱等对铂纳米簇以及负载催化剂的结构进行了表征。结果表明：铂纳米颗粒分散均匀,粒径为3～5 nm;催化剂中的Pt与超支化聚酰胺上的N和O之间存在...     

金催化剂上脂肪族硝基化合物与醛在氢气中选择还原耦合

采用TiO2上高度分散的金纳米粒子做催化剂，从脂肪族硝基化合物、醛和氢气可高选择性合成硝酮。与碳负载Pt催化剂相比，该催化体系上硝酮的选择性从50%增加到90%。其催化性能可有活性位结构、载体特性和反应条件精确调节。     

金催化剂上脂肪族硝基化合物与醛在氢气中选择还原耦合（英文）

采用TiO_2上高度分散的金纳米粒子做催化剂,从脂肪族硝基化合物、醛和氢气可高选择性合成硝酮.与碳负载Pt催化剂相比,该催化体系上硝酮的选择性从50%增加到90%.其催化性能可有活性位结构、载体特性和反应条件精确调节.     

电纺Pd纳米粒子/碳纳米纤维复合材料对甲醇的电催化氧化研究

利用静电纺丝技术制备了含有乙酰丙酮钯(Pd(Ac)2)前体的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,经H2还原和900℃碳化处理得到了Pd纳米粒子负载的碳纳米纤维复合材料(Pd/CNF).此方法中,CNF的制备和Pd纳米粒子的形成是同步进行的,无需对碳载体进行任何预处理,实现了纳米粒子负载CNF的一步制备,简化了实验步骤的同时确保CNF载体骨架的完整性.扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析表明,大小均一的Pd纳米粒子牢固地分散在CNF表面,其粒径约为60 nm.X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征了Pd/CNF的晶体结构.Pd纳米粒子以单质态形式存在,具有面心立方体结构.通过循环伏安法(CV)和计时电流法等电化学方法研究了Pd/CNF复合材料对甲醇的电催化氧化情况,Pd/CNF对甲醇氧化显示出优异的催化活性和稳定性,优于商业化Pd/C催化剂.     

氮掺杂碳包覆金属催化剂的制备及其在多相催化反应中的应用

由于高的比表面积、可调的孔隙结构以及易于修饰的表面化学性质,纳米碳材料作为催化剂和催化剂载体(碳基催化剂)被广泛地应用于多相催化领域.新型的金属和氮共修饰的碳材料(M-N-C)作为非均相催化剂在许多反应(如加氢/氢转移、加氢脱氧、氧化反应)中表现出了优异的催化性能.从结构上讲, M-N-C催化剂可以分为负载型催化剂(M/CN)、金属单原子分散型催化剂(M_(SAC)/CN)和包覆型催化剂(M@CN).本文围绕本课题组近些年取得的研究进展,重点介绍了M@CN催化剂的结构、性质、制备方法及其在催化反应(包括加氢、氢转移、氧化)中的应用,为从分子层面设计新型的非均相催化剂提供了思路借鉴,并对未来的研究方向和发展趋势进行了展望.     

二氧化硅孔结构对CO氧化用担载型纳米金催化剂的影响

采用三种不同孔结构的二氧化硅材料为载体,应用沉积沉淀法制备担载型纳米金催化剂。以CO催化氧化为模型反应,并结合低温N₂吸附脱附、X射线物相分析、X射线光电子能谱和透射电镜等技术考察三种二氧化硅载体对纳米金催化剂结构和性能的影响。结果表明,催化剂中金纳米颗粒与载体孔结构呈现出良好的对应关系,比表面积大、孔径小且分布均匀的二氧化硅制备的金催化剂颗粒粒径最小,CO氧化活性最高。在18 000 mL/(h·g_cat)、v(CO)/v(O₂)/v(Ar)=1/21/78的反应条件下,其CO完全转化温度为560 K。     

硼碘共掺杂氮化碳的制备及光解水制氢性能

以三聚氰胺为原料, 氧化硼为硼源, 碘化铵为碘源, 采用一步煅烧法合成了硼、 碘共掺杂氮化碳催化剂(CNBI). 利用X射线衍射仪、 透射电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱仪、 X射线光电子能谱仪、 紫外-可见光分光光度计及电化学工作站等对样品进行表征和分析, 利用可见光照射下光解水制氢反应来评价其催化性能. 研究结果表明, B, I元素均匀分散掺杂入氮化碳共轭骨架形成B, I共掺杂CN半导体材料. 相比于未掺杂材料CN, B, I共掺杂CN样品禁带宽度略微降低, 光吸收能力增强, 光生电子-空穴对的分离效率提高, 这主要归因于B, I元素的电负性差异有助于氮化碳光生电子和空穴的重新分散. 共掺杂样品CNBI(0.1, 0.3)具有最佳光解水制氢性能, 在可见光照射下产氢速率达104.3 μmol/h, 分别是纯CN(22.74 μmol/h)的4.6倍, B掺杂氮化碳CNB(0.1)(51.92 μmol/h) 的2.0倍及碘掺杂氮化碳CNI(0.3)(33.37 μmol/h) 的3.1倍.     

水滑石负载 Au 纳米粒子的制备及其催化醇氧化反应

 采用离子交换法和 NaBH4 还原法制备了 Mg-Al-水滑石 (LDH) 负载的 Au 纳米粒子 (Au/LDH) 催化剂. X 射线衍射和透射电镜结果表明, Au 粒子较均匀地分散在水滑石表面, 载体仍保持层状结构. 在温和的反应条件下, Au/LDH 对一系列醇的氧化反应表现出优异的催化性能, 如在室温常压下进行分子 O2 氧化 1-苯基乙醇的反应, 底物转化率和苯乙酮选择性都接近 100%, 而且催化剂经过多次循环使用后, 其活性未见下降. 可见, Au/LDH 催化剂在醇氧化反应中具有良好的应用前景.     

高利用率多壁碳纳米管负载金铂合金纳米粒子催化剂在碱性溶液中的甲醇电催化氧化性能研究

使用乙二醇还原法合成了一系列高利用率多壁碳纳米管负载的金铂双金属纳米粒子电催化剂,在碱性溶液中由循环伏安和计时电流法测试该AuPt催化剂对于甲醇氧化反应的电催化活性.透射电子显微镜、X射线衍射与X射线能谱观测催化剂形貌,表征催化剂结构.结果表明,金铂双金属纳米粒子均匀分散在碳纳米管上,催化剂具有良好甲醇电氧化性能.实验表明Au/Pt/MWCNTs比为10∶8∶32(bymass)时,该催化剂具有最高甲醇电氧化峰电流密度与最负起始氧化电位.     

负载四氧化三钴纳米粒子的介孔碳基氧还原反应催化剂的电化学性能分析

采用软模板法合成介孔碳材料前驱体,引入钴盐,通过高温煅烧等步骤得到负载钴氧化物纳米粒子的介孔碳基催化剂。通过X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)等测试方法对所制备的催化剂的成分、结构和电化学性能进行了表征。结果表明,钴以四氧化三钴的形式成功负载于介孔碳材料基底,所得催化剂在碱性环境中表现出与商业Pt/C催化剂相当的氧还原催化活性,并且其稳定性优于商业Pt/C催化剂,有望取代造价高昂的Pt/C基催化剂,成为新型燃料电池阴极催化材料。     

活性炭负载Pt-Ni双金属催化剂上甘油水溶液原位加氢反应性能

采用KBH4液相还原法制备了系列活性炭(AC)负载的Pt-M(M=Fe,Ni,Co,Zn,Cu)双金属催化剂,考察了该系列催化剂对甘油水溶液原位加氢制备1,2-丙二醇反应的催化性能.结果表明,当Pt负载量(质量分数)为2.0%,Pt/Ni质量比为1∶1时,在220℃和1.0 MPa氮气压力下反应8 h,2%Pt-2%Ni/AC催化剂上甘油转化率和1,2-丙二醇选择性分别达到98.7%和60.5%;且在5次重复使用过程中,催化剂保持较高的稳定性.采用氮气物理吸附-脱附实验、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)及X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构和形貌进行了表征.结果表明,粒径约为2 nm的纳米颗粒在活性炭载体上均匀分散,纳米粒子中金属多以还原态形式存在,Ni原子进入Pt晶格中形成的Pt-Ni物种使Pt与Ni之间表现出强相互作用力.通过比较Pt/AC,Ni/AC与Pt-Ni/AC双金属催化剂的催化性能,推断Pt能够促进甘油水溶液重整而Ni有利于氢解反应,Pt-Ni金属间协同作用是Pt-Ni/AC催化剂对甘油原位加氢反应具有优良催化性能的重要原因.     

氧掺杂氮化碳纳米片的制备及其光解水制氢性能

以草酸为氧源,二聚氰胺和尿素为原料,采用两步热聚合方式合成氧掺杂氮化碳纳米片催化剂(CNO)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱分析(XPS)、荧光光谱(PL)及电化学测试等技术对催化剂进行结构表征分析。在可见光照射下通过分解水制氢反应对CNO的光催化还原性能进行评价。结果表明,草酸中的O元素通过取代氮化碳三嗪环结构中N原子直接键合到sp~2杂化碳上,形成O掺杂CNO。经O掺杂改性后的氮化碳具有良好的层状堆积结构,可见光吸收性明显提高,同时禁带宽度降低。O掺杂的引入加速了光生电子-空穴对的分离和传输,能大幅度提高氮化碳的光催化分解水制氢性能,在可见光照下达88.6μmol·h~(-1),是未掺杂CN的3.91倍。     

一维/二维复合碳载体组成对Pd催化剂甲醇氧化性能的影响

采用固相-液相两步混合法制备了由碳纳米管（CNTs）和石墨烯纳米片（GNPs）组成的CNTs-GNPs复合载体。以乙二醇还原法将Pd纳米粒子沉积于复合碳载体上,制得Pd/CNTs-GNPs催化剂。以透射电子显微镜、X射线衍射及X射线光电子能谱表征催化剂的形貌、组成和结构;以电化学方法考察催化剂的甲醇电氧化性能。结果表明,Pd/CNTs-GNPs（1/4）（GNPs质量分数为1/4）催化剂具有较大的电化学表面积和较高的甲醇电氧化活性,其甲醇氧化峰电流密度可达Pd/CNTs催化剂的1.97倍。催化剂的高活性得益于CNTs-GNPs载体的一维/二维复合结构使Pd纳米粒子具有良好的分散性能。计时电流实验表明,与单一载体负载Pd催化剂相比,复合载体负载Pd催化剂具有较强的抗中毒能力。