类水滑石薄膜的制备、表征及催化性能研究

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层状双羟基复合金属氧化物(LDHs),也称类水滑石(HTlcs),是一类阴离子型层状无机功能材料,作为高性能催化材料、吸附材料、分离材料、功能性助剂材料、生物材料和医药材料等应用于国民经济诸多行业。本论文针对LDHs粉体在多相催化应用中存在的易流失、难回收等问题,采用原位合成法将LDHs固定在表面被阳极氧化的铝片(AAO/Al)上使其薄膜化,既便于回收再利用又有利于提高催化活性。本论文制备得到系列LDHs薄膜,运用XRD、FT-IR、SEM和EDS等测试手段对其构造及形貌进行表征,同时也探讨了LDHs薄膜的成膜机制,并对NiAl和Ni/Cu-Al LDH薄膜的催化性能做了初步探索。主要的研究成果如下:1.本论文采用NH3·H2O为沉淀剂,利用NH3·H2O—NH4NO3缓冲溶液控制一定的pH值,通过NH3·H2O的电离平衡和二价金属离子与NH3的配位平衡的共同制约,以AAO上的Al为铝源,在基片表面原位合成了NiAl、CoAl、CuAl、Ni/Cu-Al及Co/Cu-Al LDHs薄膜。反应过程中因为AAO/Al片表面Al源被激活而不断消耗OH-,NH3·H2O的电离平衡向反应的正方向移动。电离平衡移动的结果使NH3浓度下降,促使溶液中[M(NH36]2+的离解,M2+离子被释放,同时使得溶液中的NH3浓度又有一定的升高并继续激活基片表面Al源。M2+、Al3+和OH-共同构成了LDHs薄膜的形成条件,并抑制了体相反应的进行,从而在AAO/Al片表面形成了LDHs薄膜。2.以对硝基苯甲醇氧化反应为探针反应,对NiAl LDH薄膜和Ni/Cu投料比分别为4:1、3:2、2:3、1:4的Ni/Cu-Al LDHs薄膜进行了催化研究。研究结果表明:由于基片表面LDHs晶片相互交错生长形成丰富的孔道结构,易于活性中心与反应物分子结合,活性中心Cu和Ni协同作用使得Ni4Cu6Al LDHs/AAO/Al薄膜催化剂的催化效果最好;与文献中采用等量活性组分的LDHs粉体催化剂相比,反应达到平衡的时间变短,转化率变高。
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