磷化镍的可控合成及其加氢脱氯性能研究

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过渡金属磷化物由于其结构的特殊性,一度成为人们研究的热点,人们将其比拟为“准Pt催化剂”,在某些催化反应中其催化活性接近甚至是超过了贵金属催化剂。在过渡金属磷化物中,磷化镍是被学者们研究最多的一种单金属磷化物,不仅是因为磷化镍具有较高的催化活性,而且磷化镍还存在多种晶型结构(如:Ni3P、Ni2P、Ni12P5、Ni5P4、NiP2、NiP3),其中以Ni2P和Ni12P5最为常见,并且在特定的条件下可以完成Ni2P向Ni12P5的转变。晶型结构的不同将会表现出不同的催化活性,这是由于不同的晶型结构将会表现出不同的形貌以及暴露出不同的晶面,形貌的不同将会在很大程度上影响催化剂的比表面积,从而影响催化反应的活性;而晶面的差异会很大程度上决定反应速率的不同,这也意味着晶体的不同晶面具有不同的催化性能。以过渡金属磷化物为催化剂加氢脱氯降解三氯乙烯显示出了较好的应用前景,为了提高催化剂的催化活性和稳定性,晶型、晶面和形貌的可控合成尤为重要,尤其高活性晶面的可控制备是一项极具科学意义的研究课题。本文主要通过水热法,采用红磷(P)作为磷源:首先在水热反应体系中改变添加剂的量来调节磷化镍的的晶型以及对应晶面的暴露程度;其次通过改变羧酸配体上羧基的数量得到不同结构的Ni-MOFs,以此来制备得到不同形貌的磷化镍催化剂。然后通过相关表征(XRD、SEM、TEM、BET等),探究不同晶型以及形貌的形成机理。最后,将上述磷化镍催化剂应用于三氯乙烯加氢脱氯中,探究晶型、晶面、形貌与催化活性之间的关联,并得到如下结论:1.通过改变水热反应体系中添加剂(尿素/NaF/NH4F)的量,可以实现六方晶型Ni2P和四方晶型Ni12P5之间的转变,同时其催化活性也发生改变。这是由于这些添加剂中含有电负性较大的阴离子或者基团,易于吸附在金属镍离子表面,与P形成一种“竞争吸附”机制,在一定程度上阻碍了P原子掺杂进入Ni的晶格中,使最终形成的磷化镍中的P元素含量逐渐减少,最终诱导形成新的晶相,与此同时这些添加剂会在不同程度上抑制或者促进某些晶面的生长,导致最终晶面暴露程度发生改变,而暴露晶面的改变直接影响着磷化镍催化活性的高低。2.由于羧基存在多种配位形式,当羧酸配体的羧基数量不同时,可以制备出不同结构的Ni-MOFs,相比于普通水热法制备的Ni12P5,以Ni-MOFs作为前驱体在水热条件下制备出一系列不同形貌的四方晶型Ni12P5催化剂,并且表现出良好的热稳定性,比表面积得到提高,催化活性也得到较大提升,并在高温反应条件下表现出良好的稳定性。
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