具有核壳结构金碳催化剂的合成及在硝基类化合物还原反应中的应用

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将金纳米粒子负载在有序介孔碳载体是提高其稳定性重要方法之一。相对于一般块状介孔金/碳催化剂,将金纳米颗粒负载在介观有序、核壳结构碳材料中,不仅有望提高金纳米催化剂的稳定性,而且可以利用核壳结构碳载体短孔道传质优势提高催化剂活性。本文主要通过水热方法合成具有核壳、yolk-shell结构金/碳催化剂,并将其应用在硝基苯的还原反应中。全文共分为五个章节。第一章为文献综述,主要包括负载纳米金催化剂及介观有序碳材料的研究进展。第二章,介绍了形貌可控有序介孔金/碳纳米材料的合成。基于有机-有机自组装的方法,利用商业化的三嵌段共聚物F127作为软模板,低阶酚醛树脂作为碳源,3-巯丙基三甲氧基硅烷修饰的金纳米粒子作为金源,按照―层叠层‖生长机理,控制水热合成条件,获得形貌可控的有序介孔金/碳纳米材料。XRD、SEM、TEM等表征手段表明,金/碳纳米材料可分别为单分散的十二面体碳单晶,碳纳米棒(长径比约为3),碳纳米球,尺寸约为120 nm,均具有有序介观结构(体心立方结构),高比表面积(565-652 m2/g),大的孔体积(0.32-0.41 cm3/g)和均一的介孔孔径(2 nm)。尺寸为15 nm金纳米粒子被限制在碳材料中。即使煅烧温度升至700oC,金纳米颗粒也未见明显团聚,说明催化剂具有高的热稳定性。第三章,研究了核壳结构金/碳催化剂在不同位阻硝基苯类衍生物还原反应中的扩散传质效应。将所制备的金/碳纳米球催化剂与块状的p6mm金/碳纳米催化剂对比研究扩散传质机理,小尺寸纳米球催化剂在不同位阻硝基苯类衍生物的还原反应中均体现了较快的反应速率,进一步通过重复实验表明催化剂具有较高的稳定性,未见明显金流失。在反应体系中引入巯基化SBA-15,催化剂活性未见显著抑制作用,表明反应中可能不存在剥落的Au物种,活性中心是多相纳米金催化剂。第四章,一步法合成了―yolk-shell‖结构Au@C纳米球,以低阶酚醛树脂作为碳前体,利用表面活性剂模板法,水热合成碳包裹核壳复合材料,然后通过焙烧,刻蚀除硅,得到yolk-shell结构金@碳纳米球催化剂(Au@HCN)。通过XRD,SEM,TEM等表征手段可以证明15 nm的金纳米粒子均匀分散在介孔中空的碳纳米球中,碳壳层厚度为6 nm,且在高温焙烧条件下金纳米颗粒也未见明显团聚。第五章,全文总结。
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