钛催化剂光催化降冰片二烯异构研究

论文摘要

降冰片二烯光异构生成的四环烷是一种高密度、高能量的绿色液体推进剂,也是应用前景良好的太阳能储存材料。本文研究了系列含钛固体光催化剂,将其用于光催化降冰片二烯异构,为降冰片二烯的固体光催化异构路线奠定基础。制备了金属离子（M=Cr、Fe、V、Ce、Cu、Mn）掺杂的三种含Ti催化剂:M-TiO2、M-TiO2/MCM-41、以及M-Ti-MCM-41催化剂。利用XRD、BET、TEM、SEM-EDS、XPS、UV-vis、FT-IR等技术对催化剂进行了表征,在光反应器中进行降冰片二烯异构反应评价,研究了制备方法对催化剂的结构和性能的影响规律。采用水解法制备了金属离子掺杂的M -TiO2。结果表明:掺杂催化剂的吸收边均出现红移,金属掺杂使TiO2发生晶格畸变,催化剂粒径减小,比表面积和表面羟基含量改变。掺杂Fe、V、Mn使TiO2的催化活性明显提高,其中V-TiO2活性最高;Cr掺杂对活性影响不大;Cu及Ce掺杂使活性降低。将M-TiO2负载分散在MCM-41上制备了M-TiO2/MCM-41催化剂。所有催化剂均出现了可见光吸收,扩宽了TiO2的光吸收范围。M-TiO2分散在MCM-41的孔道及表面上,在一定程度上破坏了MCM-41的孔道结构,导致分子筛表面积和孔容减小、孔径变大。Fe、V、Mn掺杂提高了TiO2的光催化活性,V掺杂活性最高;Cr、Ce、Cu掺杂降低了TiO2的活性。对于不同V掺杂量的催化剂,当Ti/V=20时活性最高。采用水热合成法制备了M-Ti-MCM-41催化剂。钛和金属离子都进入了MCM-41骨架,随着金属掺杂量的增加,分子筛结构受到破坏,比表面积减小、孔容及孔径增大。M-Ti-MCM-41催化剂活性均高于Ti-MCM-41。对于Cr、Fe、V掺杂的催化剂,最佳金属掺杂量为:Si/Cr=75,Fe为Si/Fe=100,V为Si/V=150,其中掺杂V的催化剂活性最高。研究结果表明:含钛催化剂用于降冰片二烯异构化的活性较高,掺杂和分散能够提高催化剂活性,甚至产生了可见光活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 降冰片二烯异构化合成四环烷简介
• 1.2 均相光异构反应
• 1.2.1 生色团的引进
• 1.2.2 均相敏化剂
• 1.3 非均相敏化剂
• 2 光催化剂的研究进展'>1.3.1 TiO₂光催化剂的研究进展
• 1.3.2 含钛MCM-41 光催化剂简介
• 1.4 本文的研究意义与内容
• 2 的制备与催化活性'>第二章 M-TiO₂的制备与催化活性
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）
• 2 吸附-脱附测定（BET）'>2.3.2 N₂吸附-脱附测定（BET）
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM-EDS）
• 2.3.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.3.6 紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）
• 2.3.7 红外光谱图（FT-IR）
• 2.4 催化反应及产物分析方法
• 2.4.1 实验步骤
• 2.4.2 原料及产物的分析
• 2.5 催化剂表征结果分析
• 2.5.1 X射线衍射（XRD）
• 2 吸附-脱附测定（BET）'>2.5.2 N₂吸附-脱附测定（BET）
• 2.5.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.5.4 扫描电子显微镜（SEM-EDS）
• 2.5.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.5.6 紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）
• 2.5.7 红外光谱图（FT-IR）
• 2.6 光催化活性
• O₀2 光催化机理简介'>2.6.1 金属掺杂TiO_O02 光催化机理简介
• 2.6.2 NBD→Q光催化机理简介
• 2.6.3 光催化活性比较
• 2.7 小结
• 2 /MCM-41 的制备与催化活性'>第三章 M-TiO₂ /MCM-41 的制备与催化活性
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 催化剂的制备
• 3.2 催化剂的表征结果分析
• 3.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2 吸附-脱附测定（BET）'>3.2.2 N₂吸附-脱附测定（BET）
• 3.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 3.2.4 扫描电子显微镜（SEM-EDS）
• 3.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 3.2.6 紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）
• 3.2.7 红外光谱图（FT-IR）
• 3.3 光催化活性比较
• 3.4 小结
• 第四章 M-Ti-MCM-41 的制备与催化活性
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 催化剂的制备
• 4.2 催化剂表征结果分析
• 4.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2 低温吸附-脱附测定（BET）'>4.2.2 N₂低温吸附-脱附测定（BET）
• 4.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 4.2.4 扫描电子显微镜（SEM-EDS）
• 4.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 4.2.6 紫外可见漫反射光谱（UV-ViS）
• 4.2.7 红外光谱图（FT-IR）
• 4.3 光催化活性比较
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢