超临界流体沉积技术制备纳米钌负载催化材料的研究

论文摘要

本文以活性炭为载体、无机金属化合物RuCl3为前驱物、SCCO2为溶剂，利用SCFD技术制备了Ru/C复合催化材料。研究工作主要包括以下两个方面：（1）超临界流体中H2还原条件下制备Ru/C催化剂的研究；（2）超临界流体中KBH4还原条件下制备Ru/C催化剂的研究。主要工作和结论如下：（1）在超临界流体中H2还原条件下制备Ru/C催化剂时，以葡萄糖催化加氢反应表征了催化剂的活性，研究了助溶剂种类、助溶剂用量、超临界CO2压力以及超临界CO2温度对催化剂活性的影响。结果表明：由SCFD技术制备的催化剂的催化活性优于传统的水浸渍干法还原制备的催化剂的活性，助溶剂的种类、助溶剂的用量、超临界CO2压力以及超临界CO2温度对制备催化剂的活性有明显的影响；在实验范围内该方法较佳的工艺条件为：合适的助溶剂为甲醇、较佳的甲醇用量为2ml、较佳的超临界压力为12.0MPa、较佳的超临界温度为250℃。在此条件下制备的Ru/C催化剂的催化活性为24.82mmol·min-1·g-1是传统水浸渍干法还原制备的催化剂的1.49倍。通过对样品的XRD和XPS分析，结果表明：活性组分钌在载体活性炭上分布十分均匀，已非晶态存在，而且钌和载体之间的相互作用力很强，不容易发生聚集。（2）在超临界流体中KBH4还原条件下制备Ru/C催化剂时，通过正交实验考察了温度、CO2的量和还原剂KBH4的量等因素对制备Ru/C催化剂催化活性的影响。结果表明各因素对Ru/C催化剂活性的影响顺序为：温度＞充CO2的量＞KBH4的量。制备Ru/C催化剂的最优工艺为：助溶剂甲醇的量为0.5ml，温度为60℃，充CO2量为40ml，还原剂KBH4的量为0.10g。最佳催化剂的催化活性为28.3mmol·min-1·g-1是传统水浸渍湿法还原制备催化剂的1.89倍。通过对样品的红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、差示扫描量热仪（DSC）和BET分析，结果表明：RuCl3与颗粒C的结合不是简单的物理粘合，而是发生了一定的化学作用，使得活性炭样品的红外吸收峰发生一定的改变；超临界流体沉积技术仍保持了活性炭原有的表面形貌，并且钌的分布十分均匀，平均粒径为2.2nm；催化活性高的样品具有更强的吸附能力，活性中心体与载体之间的作用力就越强；大的比表面有利于活性组分的分散，有利于提高催化剂的活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的现状和意义
• 1.2.1 纳米尺度材料
• 1.2.2 纳米复合材料
• 1.2.3 山梨醇简介
• 1.2.4 超细贵金属催化剂
• 1.2.5 担载型超细贵金属催化剂
• 1.2.6 超临界流体的概念
• 1.2.7 超临界流体的特性
• 1.2.8 超临界流体的选择
• 1.2.9 超临界流体沉积技术的原理
• 1.2.10 纳米复合材料制备方法
• 1.2.11 超临界流体沉积技术（SCFD）
• 1.2.12 SCFD 技术在制备纳米复合材料方面的优点
• 1.2.13 超临界流体沉积技术（SCFD）研究进展
• 1.2.13.1 在基材表面沉积金属薄膜
• 1.2.13.2 在基材表面或孔道内沉积金属纳米颗粒
• 1.2.13.3 超临界模板技术制备多孔材料
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 课题创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂
• 2.2 主要实验仪器
• 2.3 催化剂的制备
• 2还原制备催化剂'>2.3.1 超临界状态下 H₂还原制备催化剂
• 4还原制备催化剂'>2.3.2 超临界状态下 KBH₄还原制备催化剂
• 2.3.3 传统干法还原制备催化剂
• 2.3.4 传统湿法还原制备催化剂
• 2.4 催化剂活性评价
• 2.5 催化剂的表征
• 2.5.1 催化剂的 SEM 分析
• 2.5.2 催化剂的 XRD 分析
• 2.5.3 催化剂的 TEM 分析
• 2.5.4 催化剂的 XPS 分析
• 2.5.5 催化剂的 IR 分析
• 2.5.6 催化剂的 DSC 分析
• 2.5.7 催化剂的 BET 分析
• 2还原条件下制备催化剂的研究'>第三章 超临界流体中 H₂还原条件下制备催化剂的研究
• 3.1 助溶剂的选择对催化剂活性的影响
• 3.2 助溶剂用量对催化剂活性的影响
• 2的压力对催化剂活性的影响'>3.3 超临界 CO₂的压力对催化剂活性的影响
• 2的温度对催化剂活性的影响'>3.4 超临界 CO₂的温度对催化剂活性的影响
• 3.5 传统干法还原制备催化剂的比较
• 3.6 催化剂的 XRD 分析
• 3.7 催化剂的 XPS 分析
• 3.8 本章小结
• 4还原条件下制备催化剂的研究'>第四章 超临界流体中 KBH₄还原条件下制备催化剂的研究
• 4.1 正交实验分析
• 4.2 传统湿法还原制备催化剂的比较
• 4.3 催化剂的扫描电镜（SEM）分析
• 4.4 催化剂的透射电镜（TEM）分析
• 4.5 催化剂的红外光谱分析
• 4.6 催化剂的 DSC 分析
• 4.7 催化剂的 BET 分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历