贵金属修饰MOFs的辐照制备及其催化性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:loveni978
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金属有机骨架(MOFs)材料具有孔隙率高、比表面积大、孔尺寸可调等优点,可作为催化剂及负载型催化剂的载体,具有重要应用前景。本论文将金属有机骨架材料与贵金属纳米颗粒相结合,采用辐照技术制备了多种贵金属纳米粒子修饰金属有机骨架材料,对其微观形貌和结构进行了表征,重点对其催化性能进行了测试分析。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)以粒径适中且具有规则晶体结构的ZIF-8 MOFs作为载体,采用γ射线辐照法制备了Au/ZIF-8复合材料。SEM、TEM和XRD测试结果表明,粒径约为7.2 nm的Au纳米颗粒均匀分布在ZIF-8骨架上,Au纳米颗粒的引入并没有破坏ZIF-8的骨架结构。催化性能测试结果表明,Au/ZIF-8复合材料在常温下对4-硝基苯酚(4-NP)加氢还原生成4-氨基苯酚(4-AP)反应具有良好的催化能力。(2)以正八面体MIL-101(Cr)MOFs作为载体,通过双溶剂辐照法制备了多种纳米Ag修饰的MIL-101(Cr)复合材料(1.6 wt%Ag/MIL-101(Cr)、2.0 wt%MIL-101(Cr)、2.1 wt%MIL-101(Cr))。测试结果表明,纳米Ag修饰的MIL-101(Cr)复合材料具有规则的正八面体结构,粒径约为400 nm,粒径分别为1.7±0.7 nm、2.0±0.7 nm和2.1±0.5 nm的纳米Ag粒子均匀分布在骨架内部,纳米Ag粒子的引入没有破坏MIL-101(Cr)的骨架结构。催化性能测试结果表明,上述复合催化剂完全催化4-NP的还原加氢反应所需时间分别为8分钟、6分钟和5分钟,一级反应动力学常数分别为0.396min-1、0.589min-1和0.609min-1。2.1 wt%Ag/MIL-101复合材料的催化活性最高,其在循环使用5次后,仍然能够保持96.7%的催化活性。(3)采用γ射线辐照法制备了负载纳米银的磁性核壳结构MOFs(Fe3O4@MIL-100(Fe)/Ag)。Fe3O4@MIL-100(Fe)/Ag复合材料具有明显的核壳结构,内核为粒径约400 nm的Fe3O4微球,外壳为厚度约为50 nm的MIL-100(Fe)MOFs。粒径为2.0±0.8 nm的Ag粒子均匀分布在MIL-100(Fe)孔道内部,其引入没有使MIL-100(Fe)的结构发生坍塌。VSM测试结果表明,该复合材料具有良好的磁性,可用磁铁实现快速分离。催化性能测试结果表明,上述复合催化剂具有优异的催化性能,完全催化4-NP的还原加氢反应所需时间仅为60秒,反应动力学常数为2.83 min-1。在循环使用5次之后,该催化剂仍能保持97.8%的催化活性。
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