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铜材料具备多种氧化态(Cu0,CuⅠ,CuⅡ,CuⅢ),通过一个和两个电子途径激活,能够促进和进行各种反应,比如有机分子转换、电催化和光催化等。在催化领域,贵金属Pt、Pd、Au和它们的金属合金的稀缺性和昂贵的成本大大限制其商业化应用,从而资源丰富和价格实惠的铜材料备受关注。尽管铜材料在各种领域(如光学、电子等)的应用背景很强,但Cu固有的不稳定性,在大气条件下易于氧化,使得铜材料的应用受限。人们为了提高铜纳米颗粒稳定性,在降低Cu对氧、水和其他化学物质的敏感性上做了很多努力。因此,发展新型载体和合金体系来改变铜的物理和化学性质尤为重要。铜催化剂的催化活性与其颗粒粒径大小密切相关,因此,制备出低负载量、高活性及结构稳定的铜催化剂十分关键。本文针对纳米铜催化剂,利用ZIF-8独特的孔道效应所具有的择形能力,设计、制备和筛选出催化性能良好的负载型纳米铜催化剂。本论文的主要研究内容概括如下:1.选用原料易得、成本低廉的沸石咪唑类骨架材料-8(ZIF-8)为催化剂载体,通过超声浸渍Cu2+,NaBH4做还原剂简单快速制备Cu/ZIF-8,对制备的催化剂进行了 XRD、FTIR、TEM及XPS等表征分析。我们选择对硝基酚催化还原反应作为模型反应,研究不同金属负载量的Cu/ZIF-8的催化活性。在相同条件下,金属负载量为6%的Cu/ZIF-8催化还原对硝基酚耗时最短,速率常数k最大(2.39min-1),表现出最高的催化活性。此外,6%Cu/ZIF-8在室温下的对硝基酚转化率明显高于同类型催化剂,且经过多次循环反应后的催化活性几乎没有改变,为规模化处理工业废水提供了可能,具有潜在的应用前景。2.在前一研究工作的基础上,以ZIF-8为模板,固定金属负载总量为6%,控制Cu/Ag比例,通过一步还原法成功合成Cu-Ag/ZIF-8合金催化剂。对制备的催化剂进行了 XRD、FTIR、TEM及XPS等表征分析。仍采用对硝基酚催化还原反应模型研究不同铜银比例的合金催化剂的催化活性。在相同条件下,铜银合金催化剂中活性最大的为4%Cu-2%Ag/ZIF,60s内即可催化还原等量的对硝基酚;对比Cu/ZIF-8,由于协同作用其催化性能提高一倍。我们对4%Cu-2%Ag/ZIF进行动力学研究,由Arrhenius方程分析其表观活化能低至28kJmol-1,远小于同类型催化剂,且在长时间储存后仍保持活性,这为合金催化剂的发展提供了很好的方向。3.以ZIF-8为模板,通过一步还原法合成Cu-Ag/g-C3N4/ZIF新型三元复合催化剂,利用TEM、FTIR、XRD、XPS等检测手段对制得的复合材料进行表征。以四甲基联苯胺(TMB)为底物,探究了 Cu-Ag/g-C3N4/ZIF检测H202和葡萄糖的可行性,证实三元复合材料Cu-Ag/g-C3N4/ZIF的催化活性高于g-C3N4纯材料和Cu-Ag/ZIF合金催化剂。同时探究了 Cu-Ag/g-C3N4/ZIF的催化反应机制,对比同类型纳米模拟酶,对底物具有更高的亲和力。此外,我们探讨了不同温度、pH和底物浓度对催化剂活性的影响,在最佳检测条件下,Cu-Ag/g-C3N4/ZIF检测H202和葡萄糖的线性范围分别为0.05 mM-1 mM和5 μM-1000 μM。该方法操作简便,无毒环保。