纳米金催化剂的制备及其加氢性能研究

论文摘要

纳米金催化剂因其独特的催化性能成为近年来催化领域的研究热点之一。其催化性能与制备方法、粒子大小、载体类别等因素密切相关。因此,如何制备高度分散的纳米金催化剂仍是值得深入研究的课题之一。本论文探索了制备稳定、高分散纳米金催化剂的新方法,并考察其催化加氢性能,得到了如下结论：（1）发展了一种新颖简便的原位还原方法,成功制备了有机-无机杂化的二氧化硅担载的纳米金催化剂。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）与HCHO在水溶液中的反应,一步法合成带有还原性有机官能团-CH2CH2CH2NHCH2OH的杂化SiO2,在水溶液中将氯金酸前体还原,制备得到Au/SiO2催化剂。通过TEM、XRD、XPS、NMR等表征手段对催化剂进行表征,结果表明：纳米金以金属形态高度分散于Si02载体上,平均粒径为1.8±0.5nm；在制备过程中对金属前体起还原作用的是-RNHCH2OH官能团；所制得的Au/SiO2催化剂在硝基苯类化合物加氢反应中表现出优良的催化活性和稳定性。（2）找到一种具有还原性的有机硅烷（CH3O）3SiCH2CH20CH2CHCH2O （GPTMS）,通过共缩合的方法引入到二氧化硅,原位还原制得二氧化硅负载的纳米金催化剂。通过TEM、XRD、NMR等表征手段对催化剂进行表征,结果表明：所制备的纳米粒子在载体上呈高度分散状态,平均粒径为5.2±1.0nm。在制备过程中对金属前体起还原作用的是GPTMS中的环氧基开环形成的邻二醇类化合物。所制得的Au/SiO2催化剂在硝基苯类化合物加氢反应中表现出优良的催化活性。并将这一原位还原的方法成功地拓展到制备Ag、Pt、Pd等其他纳米贵金属催化剂。（3）通过后嫁接法将原位还原的思想扩展到制备不同载体担载的纳米金催化剂。在氨水修饰条件下,将GPTMS嫁接到Fe（OH）x、TiO2、Al2O3等其他含有羟基的载体上,并原位还原制备不同载体担载的纳米金催化剂。其中Au/Fe（OH）x催化剂,在硝基苯类化合物加氢反应中表现出最好的催化活性、选择性和稳定性。TEM、XRD等表征结果表明：所制备的金纳米粒子在载体上呈高度分散状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 背景介绍
• 1.2 影响金催化剂活性的主要因素
• 1.2.1 粒径大小对金催化剂活性的影响
• 1.2.2 载体对金催化剂活性的影响
• 1.2.3 负载量对金催化剂活性的影响
• 1.3 金催化剂的制备
• 1.3.1 物理方法
• 1.3.2 化学方法
• 1.4 金催化剂的应用
• 1.4.1 CO氧化反应
• 1.4.2 低温水煤气转换反应
• 1.4.3 液相氧化反应
• 1.4.4 液相加氢反应
• 1.5 硝基苯类化合物加氢研究现状
• 1.5.1 化学还原法
• 1.5.2 电化学还原法
• 2O还原法'>1.5.3 CO/H₂O还原法
• 1.5.4 催化加氢还原法
• 1.6 本课题的研究思路
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂和实验仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 催化剂的表征
• 2.2.1 元素分析
• 2.2.2 X-射线粉末衍射（XRD）
• 2.2.3 透射电镜（TEM）
• 2.2.4 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.5 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.2.6 紫外-可见光谱（UV-vis）
• 2.2.7 固体核磁（NMR）
• 2.3 催化活性测试
• 2担载的纳米Au催化剂的制备及其加氢性能研究'>3 SiO₂担载的纳米Au催化剂的制备及其加氢性能研究
• 3.1 催化剂的制备
• 3.2 催化剂的表征
• 2-org催化性能研究'>3.3 Au/SiO₂-org催化性能研究
• 3.3.1 n（APTES：HCHO）的影响
• 3.3.2 不同还原温度的影响
• 3.3.3 载体焙烧温度的影响
• 3.3.4 水的加入量对加氢反应的影响
• 3.3.5 压力与温度对加氢反应的影响
• 2-org催化剂稳定性及催化其他芳香硝基化合物的研究'>3.3.6 Au/SiO₂-org催化剂稳定性及催化其他芳香硝基化合物的研究
• 3.4 加氢机理研究
• 3.5 小结
• 4 共水解法制备二氧化硅担载的纳米金催化剂
• 2催化剂的制备'>4.1 Au/SiO₂催化剂的制备
• 4.2 催化剂表征
• 2-org催化性能研究'>4.3 Au/SiO₂-org催化性能研究
• 4.3.1 不同比例GPTMS：TEOS对催化反应的影响
• 2-org催化剂的稳定性研究'>4.3.2 Au/SiO₂-org催化剂的稳定性研究
• 4.4 小结
• 5 后嫁接法制备不同载体担载的纳米金催化剂
• 5.1 催化剂的制备
• x的制备'>5.1.1 Fe（OH）_x的制备
• x的制备'>5.1.2 不同方法修饰Fe（OH）_x的制备
• x-G的制备'>5.1.3 Au/Fe（OH）_x-G的制备
• 5.2 催化剂表征
• 5.3 催化性能研究
• x-G催化活性比较'>5.3.1 不同条件下修饰的Au/Fe（OH）_x-G催化活性比较
• 5.3.2 不同载体担载的金催化剂的活性比较
• x-G的催化性能研究'>5.3.3 碱性条件下修饰的Au/Fe（OH）_x-G的催化性能研究
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢