中空多孔核/壳型贵金属纳米催化剂的制备及催化性能的研究

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贵金属纳米催化剂因具有极高的比表面积和表面能,在催化反应可以呈现出独特的催化性质,近年来在化工、制药、环保、能源等方面都有着广泛的应用,已经成为近几十年来科学家研究的重点之一。但也正是贵金属纳米催化剂极高的比表面积和表面能,导致其在催化反应过程中极易聚集生长,难以维持原有的形貌和尺寸。然而形貌和尺寸又恰恰是影响其催化活性的重要因素。因此,如何稳定贵金属纳米催化剂,已经成为贵金属纳米催化剂研究的核心问题之一。本文的研究主要集中在设计合成稳定的核/壳结构纳米颗粒,将贵金属纳米颗粒以“一包一”的形式包裹其中,通过壳层的限制从根本上抑制了贵金属纳米颗粒的聚集生长,从而构筑具有高稳定性的贵金属纳米催化剂。  首先,本文建立了一种通过氧化铁作为媒介在反相胶束体系中实现Si02包裹油相合成的粒径均一、高分散性、高催化活性的小于10 nm的贵金属纳米颗粒的普适性的方法,得到了多种Si02包裹的核/壳结构的高稳定性的贵金属(贵金属合金)纳米催化剂。  然后,我们又以合成的Si02包裹的核/壳结构贵金属纳米催化剂为基础,利用牺牲模板法和壳层选择性刻蚀法等方法,合成了Pd@hollow Sn02-Si02.Pd@hm-Ce02和Pd@HMAS等多种中空多孔核/壳结构的贵金属纳米催化剂,并对其催化活性和稳定性进行了考察。Pd@hollow Sn02-Si02. Pd@hm-Ce02和Pd@HMAS纳米催化剂因其高活性的Pd纳米颗粒内核、壳层氧化物的载体效应和壳层充足的孔隙结构,在CO的催化氧化上都表现出了卓越的催化活性。其中,Pd@hm-Ce02和Pd@HMAS纳米催化剂在高温煅烧的实验条件下,还表现出极高的热稳定性,很好地保持了自身的形貌和结构,这为去除Pd纳米催化剂表面的配体和Pd纳米催化剂在高温催化反应中的应用都提供了必要的条件。  此外,我们还研究合成了以ZIF-8作为壳层的核/壳结构纳米催化剂、具有中空孔隙的有序介孔碳膜和中空硅铝酸盐等新颖的核/壳结构材料,并且改进了合成中空介孔碳球的方法。这些结构的成功构建,能够为我们的Si02包裹的核/壳结构的高稳定性的贵金属(贵金属合金)纳米催化剂提供更广泛的应用前景。
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