多酸基铜微纳米材料的制备及其催化性能研究

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将多金属氧酸盐(POMs)与金属基材料结合产生的复合材料具有优异且独特的性能。因为POMs的强酸性、氧化还原能力和富氧表面等优点在催化领域有很大潜力。在某些情况下,金属基材料增加了额外维度的功能混合。复合材料不仅结合了它们各自的优点,而且克服了POMs难处理、溶解度高和表面积低等缺点,提供协同催化。近年来,多酸基纳米复合材料因具有独特的物理、化学和流体力学性质,被广泛应用于化学传感分析、电化学、光学、医学及催化等诸多领域。本文旨在以多酸为基本结构单元制备多酸基纳米复合材料,并对其催化性能进行研究。对所制备的纺锤形氧化铜纳米粒子和含多金属氧酸盐(POMs=H3PW12O40(PW12),H3PMo12O40(PMo12)、(NH4)3[FeMo6O18(OH)6]·7H2O(FeMo6))的多酸基纳米复合材料进行形态、结构和组成成分的表征,并用典型的硼氢化钠(Na BH4)加氢还原4-硝基苯酚、铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])的催化反应和催化芳基卤代物氰化反应来研究其催化活性。(1)利用2-氨基吡啶作为还原剂和模板剂,探索了一种以廉价的硝酸铜为前驱体,制备了尺寸和形状可调的纺锤形氧化铜纳米粒子(S-CuONPs)。通过改变n(C5H6N2):n(Cu),可以有效控制平均尺寸。S-CuONPs催化剂在Na BH4的存在下将4-NP加氢转化为4-氨基苯酚(4-AP)时显示出高催化活性,此外,还评估了S-CuONPs催化剂在Na BH4的存在下催化还原K3[Fe(CN)6]的活性。使用S-CuONPs作为催化剂进行循环实验,结果表明在4-NP和K3[Fe(CN)6]的降解中其活性没有明显降低,并表现出出色的催化性能,可以作为一种有前途的高效催化剂。(2)以2-甲基咪唑为模板调节剂,磷钨酸和硝酸铜(Cu(NO3)2)为原料,制备了片状结构的Cu-W纳米复合材料。并研究了Cu-W纳米复合材料的结构,形貌和催化活性。Cu-W纳米复合材料在催化4-NP的加氢反应中表现出高催化效率,结果表明在100℃下制备的Cu-W纳米复合材料催化响应最快。Cu-W纳米复合材料可以循环使用17次,且催化转化率均保持在91%以上,这表明所制备的Cu-W纳米复合材料具有优异的催化活性,可以循环用于催化还原硝基苯酚化合物。(3)采用共沉淀法以2-甲基咪唑为模板剂、Keggin型结构PMo12以及Cu(NO3)2为原料制备了Cu-Mo纳米复合材料。通过调整温度来控制催化剂的尺寸及形貌,分别用XRD、FT-IR、XPS、N2吸附脱附等温线、SEM、TEM和EDS研究了催化剂的形貌、结构和成分。通过4-NP加氢反应、芳基卤代物的氰化反应评价了Cu-Mo纳米复合材料的催化效率,结果表明Cu-Mo纳米复合材料具有良好的催化活性和稳定性。该催化剂可循环至少10次且转化率没有明显降低,具有良好的稳定性和可重复利用性,为降解有机污染物4-NP和制备苄腈类化合物提供了一种成本低廉、简单实用的方法,可在未来的应用中发挥优势。(4)采用共沉淀法将Anderson型结构FeMo6引入到ZIF-67框架中,制备了FeMo6@ZIF-67-PVP复合纳米材料。调整加入FeMo6的量来控制催化剂的尺寸及催化性能,并将所制备的催化剂进行了表征和催化活性的测试。研究表明FeMo6@ZIF-67-PVP复合纳米材料催化剂具有较高的催化活性,显示出作为非贵金属催化剂的巨大应用潜力。
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