论文题目: 等离子体处理制备高效催化剂的基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工艺
作者: 邹吉军
导师: 刘昌俊
关键词: 催化剂制备,等离子体,等离子体金属团簇,金属载体界面,等离子体还原,光催化制氢,葡萄糖氧化
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 负载型金属催化剂应用广泛,制备高效催化剂是提高效率、降低成本的关键。发展新的催化剂制备方法具有重要的现实和理论意义。本文对等离子体处理制备高效催化剂进行了系统研究,分析了制备方法与催化剂的物理化学性质和活性之间的关系,探讨了等离子体制备催化剂的共性特征,力图建立等离子体制备高效催化剂的方法体系。同时,鉴于能源和环境问题日益严峻,太阳能和生物质等可再生能源的利用受到越来越多的重视,本文分别选取用于光催化制氢和葡萄糖氧化的催化剂作为研究对象。利用等离子体增强的浸渍法制备了Pt/TiO2催化剂,制备步骤包括:浸渍、等离子体处理、焙烧和还原。对于醇/水混合物制氢反应,等离子体制备的催化剂具有比常规催化剂更高的活性,当负载0.5wt%金属时,其活性是常规催化剂的2.3倍。金属负载量对等离子体制备的催化剂活性影响不大,而对常规催化剂影响极大。催化剂表征证明,等离子体处理将负载的氯铂酸还原为特殊金属团簇,焙烧后金属被氧化,同时与载体形成扭曲的金属-载体界面,导致增强的金属-半导体相互作用,使得催化剂的物理化学性质得到改善。等离子体制备的催化剂具有较高的金属分散性和稳定性,以及较强的近紫外区域吸光能力。同时,特殊的金属-载体界面有力地促进了电子从半导体到金属的传递速率,从而极大地提高催化效率。为了使氧化镍与载体之间生成一个金属夹层,提高负载NiO的半导体催化剂的效率,对金属-载体界面进行了设计和控制。常规方法包括:浸渍、焙烧分解、500℃还原和200℃氧化。在热分解过程中,镍原子由于热扩散进入载体体相,形成扩散的界面区域,没有获得理想的金属-载体界面。等离子体方法利用等离子体处理代替焙烧,在常温下使Ni（NO3）2迅速分解,红外照相测量等离子体的温度低于40℃,有效地避免了镍原子的热扩散,经过后续的还原-氧化过程,形成了界线分明的平整的金属-载体界面。等离子体处理还提高了金属-载体界面面积和金属分散性。在光催化中,扩散的界面会妨碍光生电荷的分离和传递,而平整金属-载体界面具有更高的电荷分离和传递效率。对于水分解反应,具有平整金属-载体界面的NiO/Ta2O5和NiO/ZrO2的活性分别是常规催化剂的1.7倍和1.5倍。建立了等离子体还原负载型金属催化剂的方法。等离子体可以使H2PtCl6快速地还原为金属单质,获得高分散的非晶态金属团簇。对于光催化制氢,等离子体还原的Pt/TiO2活性与氢还原催化剂相当,比化学还原和光沉积的催化剂高。在
论文目录:
第一章 文献综述
1.1 引言
1.2 等离子体制备催化剂
1.2.1 用于制备催化剂的等离子体
1.2.2 等离子体合成颗粒催化剂
1.2.3 等离子体喷涂催化剂活性组分
1.2.4 等离子体催化剂表面处理
1.2.5 等离子体处理增强制备高效催化剂
1.3 用于光催化制氢的催化剂
1.3.1 光催化制氢原理
1.3.2 基于TiO_2的光催化剂
1.3.2.1 牺牲剂的作用
1.3.2.2 负载金属的作用
1.3.2.3 Pt/TiO_2光催化水分解
1.3.2.4 对TiO_2的改进
1.3.3 用于水分解的半导体光催化剂
1.3.3.1 过渡金属氧化物
1.3.3.2 具有钙钛矿结构的半导体催化剂
1.3.3.3 具有层状结构的半导体催化剂
1.3.3.4 负载金属的作用
1.4 论文工作的提出及研究内容
1.4.1 等离子体处理制备催化剂中有待研究的问题
1.4.2 金属-载体协同作用
1.4.3 催化剂体系的选择
1.4.4 论文研究内容
第二章 等离子体处理制备高效催化剂—等离子体增强的金属-半导体性质
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 催化剂制备
2.2.2 活性评价
2.2.3 催化剂表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 催化活性
2.3.2 金属分散性
2.3.3 金属负载量和分散性的影响
2.3.4 吸光性能
2.3.5 金属稳定性
2.3.6 等离子体处理和焙烧的协同作用
2.3.7 等离子体增强的金属-半导体相互作用
2.3.8 金属-载体界面
2.3.9 等离子体制备高效催化剂的机理
2.4 小结
第三章 等离子体处理制备负载NiO 的半导体催化剂—金属-载体界面的设计与控制
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 催化剂制备
3.2.2 催化剂表征
3.2.3 活性评价
3.3 结果与讨论
3.3.1 镍颗粒的壳层结构
3.3.2 金属-载体界面
3.3.3 控制金属-载体界面的因素
3.3.4 等离子体处理的作用
3.3.5 金属-载体界面对催化性能的影响
3.3.6 催化活性
3.4 小结
第四章 等离子体还原负载型金属催化剂的方法:Pt/TiO_2
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 催化剂还原
4.2.2 催化剂表征
4.2.3 活性评价
4.3 结果与讨论
4.3.1 等离子体还原
4.3.2 与其他还原方法比较
4.3.3 焙烧晶化的影响
4.4 小结
第五章 等离子体还原负载型金属催化剂的方法:Pd/Al_2O_3
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 催化剂还原
5.2.2 催化剂表征
5.2.3 活性评价
5.3 结果与讨论
5.3.1 金属颗粒的状态及结构
5.3.2 催化活性
5.4 小结
第六章 等离子体制备催化剂的共性特征
6.1 引言
6.2 相关等离子体与团簇物理
6.3 催化剂对等离子体的影响
6.4 等离子体分解与还原
6.5 等离子体金属团簇
6.6 等离子体制备催化剂方法的设计
6.7 小结
第七章 结论及展望
7.1 主要结论
7.2 本工作创新点
7.3 展望
参考文献
参加科研发和表论文情况
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
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