规整孔道限制的纳米银粒子可控组装、表征及催化性能研究

论文摘要

纳米粒子是介于原子和体相之间的特殊中间态,具有不同于常规材料的光、电、磁和催化等特性。目前,有关纳米粒子的催化研究已经引起了广泛关注,而纳米催化研究首先需要能够制备单一分散且稳定的纳米粒子,这也是许多催化研究尚待解决的一个重要课题。本文重点在于寻找合适的具有单一孔径分布且可调的无机载体,以获取不同粒径,单一分散且稳定的纳米银催化剂。主要研究内容及结论包括:(1)利用不同碳数直链烷烃对介孔硅基材料的结构控制进行了详细的研究,找到了烷烃碳数与结构转变温度的规律。(2)以不同碳数的直链烷烃为扩孔剂,通过控制初始反应温度,对具有六方有序介孔材料的孔径控制进行了详细的研究,得到了一系列不同孔径的介孔材料。(3)采用浸渍、改性的浸渍、选择性嫁接等不同制备方法,对有序介孔硅基材料孔道内组装高分散银纳米粒子进行了详细而深入的研究。发明了一种固载还原剂进行原位还原方法,可以将高度分散的纳米银有效地组装进入介孔材料的孔道内部,并利用孔径限制作用得到了不同粒径尺寸的纳米银粒子。同时还采用原位透射电镜和原位XRD技术对孔道限制的纳米银粒子的热稳定性做了进一步的研究,发现孔道的限制作用对于稳定纳米银粒子起到了十分重要的作用。(4)研究了介孔孔道限制的纳米银的催化特性,发现纳米银粒子在解离吸附分子氧生成Oγ的过程中与粒子的尺寸有关,即纳米银粒子的尺寸越小解离分子氧成Oγ的能力越强。更重要的是这种解离吸附分子氧生成Oγ的尺寸效应在低温一氧化碳,中温甲醇选择氧化以及高温甲烷氧化偶联反应中进一步得到了有力证明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 纳米与催化
• 1.2.1 纳米效应
• 1.2.2 金属纳米粒子的电子结构及催化性质
• 1.2.3 金属纳米粒子的制备
• 1.3 自组装形成有序介孔硅基材料概述
• 1.3.1 有序介孔材料的自组装形成机理
• 1.3.2 有序介孔材料的孔径控制
• 1.3.3 有序介孔材料的结构控制
• 1.4 有序介孔材料组装化学研究
• 1.4.1 介孔材料组装金属离子
• 1.4.2 介孔材料组装金属粒子和金属线
• 1.4.3 介孔材料组装金属氧化物和硫化物
• 1.4.4 介孔材料的有机官能化及组装有机金属络合物
• 1.4.5 共聚法制备有机无机杂合材料
• 1.4.6 介孔材料组装聚合物
• 1.5 本论文研究课题的提出
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 常用实验材料及试剂
• 2.2 样品表征和仪器设备
• 2.3 催化性能评价装置
• 参考文献
• 第三章 乳液体系中温度诱导的介观结构相变初探
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 癸烷体系下温度诱导的介观结构转变
• 3.3.2 其它烷烃体系下温度对形貌及结构的影响
• 3.3.3 烷烃体系下结构转变的合成相图
• 3.3.4 推断可能机理
• 3.3.5 正己烷体系的特殊性
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 有序介孔材料SBA-15 的孔径控制
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备
• 4.3 实验结果
• 4.4 讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 纳米孔道内高度分散纳米银的制备探索及其稳定性研究
• 5.1 引言
• 5.2 样品制备与实验方法
• 5.2.1 浸渍法制备Ag/SBA-15
• 5.2.2 有机嫁接方法制备Ag/SBA-15
• 5.2.3 原位加热X 射线衍射
• 5.2.4 原位加热透射电镜
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同浸渍法对纳米银组装的影响
• 5.3.1.1 传统等体积浸渍法制备Ag/SBA-15 及表征
• 5.3.1.2 葡萄糖参与的浸渍法制备Ag/SBA-15 及表征
• 5.3.2 有机嫁接方法组装纳米银
• 5.3.2.1 介孔材料SBA-15 的官能化及其表征
• 5.3.2.2 官能化SBA-15 组装纳米银
• 5.3.2.3 固载还原剂原位组装纳米银机理
• 5.3.2.4 其它硅基材料上纳米银的组装
• 5.3.3 孔道限域纳米银的稳定性研究
• 5.3.3.1 大气气氛下纳米银的稳定性
• 5.3.3.2 真空条件下纳米银的稳定性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 限域纳米银在选择氧化催化反应中的尺寸效应
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 氧气程序升温脱附
• 6.2.2 一氧化碳选择氧化
• 6.2.3 甲醇选择氧化
• 6.2.4 甲烷氧化偶联
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 纳米银颗粒尺寸对其解离吸附分子氧生成Oγ能力的影响
• 6.3.2 银颗粒尺寸对低温一氧化碳选择氧化性能的影响
• 6.3.3 银颗粒尺寸对中温甲醇选择氧化性能的影响
• 6.3.4 银颗粒尺寸对高温甲烷氧化偶联性能的影响
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 作者简介
• 博士期间已发表和投稿的文章及申请的专利
• 致谢