【摘 要】
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绿色化学可以有效地解决传统化工生产引起的环境污染或能源过渡消耗等问题。因此,开发高效的绿色合成方法对新兴纳米材料的工业化生产具有重要的意义。本文基于植物质提取液的生物法研究了钙钛矿型LaCoO3的绿色合成,并探讨了其合成机理与催化应用。首先,本研究采用生物法成功地制备了纯相的LaCoO3(bio-LaCoO3),生物法与普通化学法相比具有独特的优势,表现在:(ⅰ)当植物质提取液处于最佳的浓度时,生
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绿色化学可以有效地解决传统化工生产引起的环境污染或能源过渡消耗等问题。因此,开发高效的绿色合成方法对新兴纳米材料的工业化生产具有重要的意义。本文基于植物质提取液的生物法研究了钙钛矿型LaCoO3的绿色合成,并探讨了其合成机理与催化应用。首先,本研究采用生物法成功地制备了纯相的LaCoO3(bio-LaCoO3),生物法与普通化学法相比具有独特的优势,表现在:(ⅰ)当植物质提取液处于最佳的浓度时,生物法可以在更低的煅烧温度(500℃)下得到纯相的产物(化学法≥700℃);(ⅱ)bio-LaCoO3为纳米颗粒(<20nm)自组装形成的多孔材料,比表面积为32.5 m2/g,远高于化学法的4.8 m2/g;(ⅲ)多种植物同样能够在低温条件下制备多孔LaCoO3,该方法还可以制备其它二元金属氧化物,展现出了较好的普适性;(iv)通过水洗除去灰分后,bio-LaCoO3对苯具有良好的催化氧化活性,苯转化率达到90%时所需温度(T90)为285℃,远低于化学法(365℃)。因此,植物质提取液辅助制备LaCoO3是一种原料环保、工艺简单(溶胶凝胶过程)、能耗较低、产品更优的绿色合成方法。其次,本研究从有机组分和无机组分入手,研究了生物法合成LaCoO3的机理,发现侧柏提取液中的有机组分(主要为酚酸类化合物)可以有效络合并分散La3+和Co2+,有利于LaCoO3的形成;而无机组分(Na+、K+、Ca2+和Mg2+)与NO3-共存时具有助燃作用,能显著降低LaCoO3的合成温度。因此,生物法能够在低温煅烧的条件下合成LaCoO3。在此基础上,本研究提出了盐助溶胶凝胶法,用于低温制备多孔LaCoO3,并发现助燃作用主要是由碱金属硝酸盐引起的。最后,本研究综合利用植物质提取液的还原、络合等作用,采用“一锅法”制备包裹型催化剂,发现在LaCoO3内包裹PdO后,LaCoO3在CO2加氢反应过程中容易被还原,形成活性组分Co2C,具有良好的CO2加氢制甲烷活性;另外,将Ag包裹在LaCoO3内,显著提升了其抗烧结的能力,有利于苯的催化氧化。
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