不同纳米形态TiO2的合成及其负载Au催化剂的特性研究

论文摘要

负载型纳米Au催化剂是近20年来多相金属催化领域的热点方向,Au/TiO2是其中的一个典型代表。然而不同形态的TiO2,特别是一维（1D）TiO2在充当纳米Au催化剂载体时能否赋予Au/TiO2更优异的催化作用效果尚少有报道。另一方面,Au/TiO2在储存过程中的失活已成为阻碍其应用的主要因素。本文在实现了形貌可控合成TiO2的基础上,研究了Au/TiO2催化剂结构和性能的关系。探究Au/TiO2室温存放稳定性的工作首次发现未还原Au3+和吸附H2O对催化剂稳定性有很大影响,据此发展了一种室温保存Au/TiO2催化剂的方法。提出了利用TiCl4-丙酮混合物合成TiO2纳米晶的新方法。在TiCl4/丙酮摩尔比（TiCl4/Ac）不大于1/15时,改变TiCl4/Ac和反应温度可以选择合成锐钛矿TiO2（TiO2-A）纳米颗粒,并在4-10 nm范围内调控其尺寸;在TiCl4/Ac≥1/10时,生成金红石型TiO2纳米纤维。提出了形成TiO2纳米晶的可能机理。还以乙醇-水混合液代替水,对既有的碱液水热处理粉体TiO2制备钛酸纳米管的方法进行了改进,实现了钛酸纳米线和纳米管的可控合成。在400oC焙烧后分别制得了TiO2（B）纳米线（NW-TiO2（B））和TiO2-A纳米棒（NR-TiO2-A）。用沉积-沉淀法制备了系列Au/1D-TiO2催化剂,研究了它们对CO氧化和1,3-丁二烯加氢反应的催化性能。对于CO氧化反应,Au/NR-TiO2-A的催化活性是Au/P25-TiO2的1.6倍,是Au/TiO2-A的4倍,是Au/NW-TiO2（B）的8倍。对于1,3-丁二烯选择加氢反应,Au/NW-TiO2（B）和Au/P25-TiO2表现出相当的催化活性,但Au/NR-TiO2-A的催化活性不足它们的1/3。表明1D-TiO2是很有发展潜力的Au催化剂载体,有望为研制高性能Au/TiO2催化剂创造机会。为提高Au/TiO2催化剂的存放稳定性,制备了Au3+比例和吸H2O量不同的Au/P25-TiO2催化剂。发现Au/TiO2样品中Au3+所占比例越高而吸附H2O量越低,其室温储存稳定性就越高。在此基础上制备了Au3+比例为100%且吸H2O量很低的Au/P25-TiO2催化剂,它在室温储存150天后的催化活性仍然与新鲜催化剂相当。这些结果表明保持Au物种处于Au3+状态并防止催化剂吸H2O是阻止Au/TiO2存放失活的关键。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 Au 催化剂的研究进展
• 1.2.1 Au 的物理化学性质
• 1.2.2 Au 催化剂的制备
• 1.2.3 Au 催化剂的应用
• 1.2.4 Au 催化 CO 氧化反应研究近况
• 2的储存稳定性'>1.2.5 Au/TiO₂的储存稳定性
• 1.3 一维氧化钛合成的研究进展
• 1.3.1 模板法
• 1.3.2 水热法
• 1.4 本论文的工作思路与主要研究内容
• 4-丙酮体系制备氧化钛纳米晶'>第2章 水热处理TiC1₄-丙酮体系制备氧化钛纳米晶
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 氧化钛纳米晶的合成
• 2.1.2 氧化钛纳米晶的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 晶型及晶粒尺寸
• 2.2.2 有机物含量
• 2.2.3 形貌及颗粒尺寸分布
• 2.2.4 其它酮为原料
• 2.2.5 氧化钛纳米晶可能的形成过程
• 2.3 小结
• 第3章 改进的碱煮法制备一维氧化钛纳米晶
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 一维氧化钛纳米晶的制备
• 3.1.2 一维钛酸及氧化钛的表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 碱煮温度对产物形貌及织构性质的影响
• 3.2.2 乙醇的添加对产物形貌及织构性质的影响
• 3.2.3 碱煮产物的晶型
• 3.2.4 碱煮产物的热稳定性研究
• 3.2.5 一维钛酸及一维氧化钛的光催化性能
• 3.3 小结
• 2）负载Au 催化剂的催化性能'>第4章 一维氧化钛（1D-TiO₂）负载Au 催化剂的催化性能
• 4.1 实验部分
• 2和Au/1D-TiO₂ 的制备'>4.1.1 Au/P25-TiO₂和Au/1D-TiO₂的制备
• 2和Au/1D-TiO₂ 的反应评价'>4.1.2 Au/P25-TiO₂和Au/1D-TiO₂的反应评价
• 4.1.3 Au 颗粒尺寸
• 4.1.4 程序升温还原（TPR）表征
• 4.2 结果与讨论
• 2 催化剂制备条件的优化及重现性研究'>4.2.1 Au/P25-TiO₂催化剂制备条件的优化及重现性研究
• 2 催化CO 氧化性能'>4.2.2 Au/1D-TiO₂ 催化CO 氧化性能
• 4.2.3 催化剂的表征
• 4.2.4 1,3-丁二烯选择性加氢性能
• 4.3 小结
• 2催化剂的室温储存稳定性研究'>第5章 Au/P25-TiO₂催化剂的室温储存稳定性研究
• 5.1 实验部分
• 2 催化剂的制备'>5.1.1 Au/P25-TiO₂催化剂的制备
• 2 催化剂的储存'>5.1.2 Au/P25-TiO₂催化剂的储存
• 2 催化剂的表征方法'>5.1.3 Au/P25-TiO₂催化剂的表征方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 催化CO 氧化活性随储存时间的变化
• 5.2.2 催化1,3-丁二烯加氢活性随储存时间的变化
• 5.2.3 储存方式对催化乙醇氧化反应性能的影响
• 5.2.4 储存过程中Au 颗粒尺寸的变化情况
• 5.2.5 储存过程中Au 的价态变化
• 5.2.6 储存环境中水含量及催化剂含水量对催化剂储存稳定性的影响
• 5.2.7 Au 的价态对储存稳定性的影响
• 2 催化剂的室温储存'>5.2.8 Au/TiO₂催化剂的室温储存
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果