金属-多孔氮掺杂碳材料的制备及催化性能研究

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多孔碳材料常常因为其特殊的孔结构而具有较大的比表面积同时还具有良好的稳定性,特别是在碳基体中掺杂氮成为发挥催化剂活性和调节催化剂选择性的一个重要方面,所以氮掺杂多孔碳材料通常在精细化学品生产和能量存储等方面有很好的应用前景。本论文主要通过采用不同的方法合成出了一系列金属-多孔掺氮碳材料的多相催化剂。我们通过使用各种手段对材料的结构进行了表征,并研究了三个具有代表性的多相催化反应以此来对催化剂的性能进行评估,具体工作包括以下三个方面:(1)采取熔盐造孔的方法,用去离子水冲洗除去熔盐以获得多孔材料。由于其较大的表面积,独特的孔结构和钯纳米颗粒的高分散性,我们自制的氮掺杂分级多孔碳锚定微小钯纳米颗粒催化剂可以在非常温和的条件下实现对喹啉类化合物的加氢,比较于市售的5 wt%Pd/C催化剂其显示出了更加优越的催化效果和较高的选择性。(2)利用二氧化硅作为硬模板,制备出了非贵金属负载于氮掺杂介孔碳的催化材料。系统研究了不同金属种类、合成前驱体、热解温度、催化剂的用量和反应的温度对氨硼烷水解实验的影响。结果显示由于合成出的Co@NMC-800-0.5催化剂有着较高的比表面积、孔容和较大的孔径,因此对催化氨硼烷具有很好的效果。同时该材料即使循环使用10次,仍具有很高的循环稳定性而且跟初始催化活性相比也没有明显变化。(3)利用碳纳米材料如碳纳米管(CNTs)具有多孔结构而被用作无金属催化剂或负载催化活性中心的载体,我们采用自主合成的高纯二氰胺钴为前体进行高温热解,一步合成了钴氮共掺杂的竹节状碳纳米管(Co@NCNTs-T)催化剂。它在较温和条件下对硝基芳烃加氢实验表现出优越的活性和选择性。
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