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杂原子掺杂能够在碳材料中产生缺陷位且有效调变碳材料的电子结构、形貌及物理化学特性。掺氮碳纳米管作为非金属催化剂显示了优异的催化性能,同样也可以作为催化剂载体以实现负载型贵金属的高分散。氮掺杂碳材料上金属与载体间的相互作用对催化性能有重要影响,但对其作用机制的认识目前还存在许多不清楚的地方。本文围绕掺氮碳纳米管负载的Pd催化剂展开研究,发现了痕量的杂质金属对掺氮碳材料上Pd催化剂催化硝基苯加氢性能有重要影响;探究了掺氮碳纳米管与Pd纳米颗粒之间的相互作用方式及其对Pd催化剂电子特性和催化性能的影响。论文的主要研究内容如下:(1)研究发现化学气相沉积法制备的掺氮碳纳米管(NCNTs)的残留生长催化剂中的金属杂质(主要是Fe)对负载的Pd纳米颗粒的硝基苯(NB)还原催化性能有抑制作用。痕量的Fe杂质即可使Pd催化剂的性能显著下降。XPS分析显示,在掺杂铁之后,Pd的化学状态几乎保持不变。DFT计算表明,痕量的铁作为活性位点的阻断剂降低了Pd催化剂的活性。此外,我们还证明了一系列的金属杂质,包括Fe,Co,Ni,Mn,Cr,Cu,Zn,Mo,Al和Mg,对NB还原的Pd催化剂具有类似的影响。(2)为了发挥氮掺杂碳材料在催化剂电子特性调控方面的优势,本文采用吡啶后期热解沉积的方法制备了无杂质金属的N@CNTs材料。通过这种方式,可以利用Pd和N掺杂的碳材料之间的独特的金属载体相互作用而实现Pd催化NB加氢的高活性。结果表明,在Pd/N@CNTs上NB加氢的活性提高了3.85倍,证明了控制N掺杂碳材料高性能催化剂中杂质的重要性。(3)采用硼氢化钠还原法制备了一系列Pd催化剂,通过XPS分析和DFT理论计算,系统地探讨了掺氮碳载体中氮物种与贵金属Pd间的相互作用机制。XPS分析表明在掺氮碳载体上负载的Pd,相比普通碳管为载体时,活性组分Pd表现出缺电子特性,电子从Pd向掺氮碳载体转移。Pd与吡啶氮间表现出强烈的相互作用,在低Pd负载量时Pd优先与吡啶氮位点结合。通过DFT计算,证实Pd无论与吡啶氮或石墨氮相互作用其最终的稳定状态均表现为缺电子,但吡啶氮具有更强的得电子能力。这些结果可以帮助理性地设计具有合适电子特性的掺氮碳材料负载Pd催化剂。