高分散纳米金催化剂和不同纳米氧化物的合成与应用

论文摘要

纳米材料的概念自诞生开始,因其独特的性质和应用前景,引起了人们的广泛关注。本文首先概述了纳米材料的基本特性、制备方法及其表征手段。目前,纳米材料还主要处于“探索阶段”,本文关注了小尺寸新材料（纳米和微米）的合成与性能测试,以及它们的潜在应用,本文运用新的方法合成出新的纳米材料并考察了它们的相关应用。本文通过硫醇基对介孔二氧化硅功能化,可合成出一种将高分散纳米金颗粒引进介孔二氧化硅孔壁（GMS）的纳米反应器,提供了一种在载体基质中负载贵金属或金属合金的新方法和新思路。通过对其进行XRD、SEM、TEM、DRIFTS等手段的表征确定合成出来的GMS拥有5.6 nm的均一孔径,比表面积高达800 m2/g。而且GMS对p-PNP和亚甲基蓝的催化还原中都能表现出很好的催化活性。GMS催化还原p-PNP的反应速率Knor-PNP=45.9 mmol·s-1,并能稳定循环使用。在GMS催化还原亚甲基蓝的过程中,催化剂重复使用10次之后活性仅降低了6%,重复使用30次后活性降低量小于18%。GMS高度有序的介孔结构和稳定的小尺寸纳米金颗粒是催化剂具有高活性的主要原因。本文在不同条件下合成出不同颗粒大小的金溶胶,并用正硅酸乙酯（TEOS）作硅源包裹金纳米颗粒,制得Au@SiO2纳米微球。还利用葡萄糖在水热条件下缩合碳化生成纳米碳球,并进一步用碳球包裹金纳米颗粒。本文用气凝胶法制备CaO纳米片（AP-CaO）,并用于刚果红的吸附,与商业CaO（CM-CaO）进行比较。气凝胶法制备的AP-CaO的比表面积可达120 m2g-1,在对刚果红的吸附中,AP-CaO和CM-CaO最大吸附容量分别高达333.68 mg.g-1、201.32 mg·g-1。考察了吸附时间、pH值、温度、盐离子浓度等对刚果红吸附的影响。经过理论分析,Langmuir等温吸附模型能很好地描述CaO对刚果红的吸附,其动力学模型更符合拟二级动力学。通过对不同金属氧化物和介孔材料对刚果红吸附效果的比较,AP-CaO拥有最大吸附容量,并得到刚果红吸附效果的排序：NiO<Cr2O3<MgO<CaO。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述和研究目的
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 纳米材料的特性
• 1.2.1 纳米材料的表面效应
• 1.2.2 纳米材料的小尺寸效应
• 1.2.3 纳米粒子的量子尺寸效应
• 1.2.4 纳米材料的宏观量子隧道效应
• 1.3 纳米材料的制备方法
• 1.3.1 液相法
• 1.3.2 气相法
• 1.3.3 固相法
• 1.4 纳米材料的表征
• 1.4.1 成分分析
• 1.4.2 粒度分析
• 1.4.3 表面及微观结构分析
• 1.5 纳米材料的应用
• 1.5.1 纳米材料在催化方面的应用
• 1.5.2 纳米材料在化工生产中的应用
• 1.6 本论文的研究目地
• 第2章 一种高分散含金的纳米反应器催化剂的合成与应用
• 2.1 含金的纳米反应器
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 含金的纳米反应器（GMS）的合成
• 2.2.3 TESPTS改性的SBA-15（TESPTS-SBA-15）的合成
• 2.2.4 样品的表征
• 2.2.5 p-硝基苯酚（PNP）的催化还原
• 2.2.6 亚甲基蓝的催化还原
• 2.3 实验结果和分析
• 2.3.1 催化剂表征
• 2.3.2 p-硝基苯酚的还原
• 2.3.3 亚甲基蓝的还原
• 2.4 本章总结
• 第3章 含金的核壳结构的纳米反应器的合成
• 3.1 壳核型纳米反应器
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 纳米金溶胶的制备
• 2的制备'>3.2.2 Au@SiO₂的制备
• 3.2.3 纳米碳球的制备
• 3.2.4 Au@C的制备
• 3.3 实验表征
• 3.3.1 紫外-可见吸收光谱
• 3.3.2 透射电子显微镜（TEM）
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 不同粒径金溶胶的合成表征
• 2纳米球的合成表征'>3.4.2 Au@SiO₂纳米球的合成表征
• 3.4.3 纳米碳球的合成表征
• 3.4.4 含金的壳核纳米反应器的表征
• 3.5 本章总结
• 第4章 气凝胶法制备CaO纳米片及对刚果红吸附的研究
• 4.1 气凝胶法概述
• 4.2 气凝胶法CaO的制备
• 4.2.1 10%甲醇钙醇溶液的制备
• 4.2.2 甲醇钙的水解
• 4.2.3 釜处理过程
• 4.2.4 氢氧化钙生成氧化钙的热处理
• 4.2.5 CaO对刚果红的吸附
• 4.3 样品的表征
• 4.3.1 氧化钙晶体结构表征
• 4.3.2 氧化钙吸附刚果红紫外-可见分析
• 4.4 结果与分析
• 4.5 氧化钙对刚果红吸附研究
• 4.5.1 吸附时间对刚果红吸附的影响
• 4.5.2 刚果红初始浓度对吸附的影响
• 4.5.3 温度对吸附的影响
• 4.5.4 溶液pH值对吸附的影响
• 4.5.5 盐离子浓度对吸附的影响
• 4.6 氧化钙对刚果红吸附的理论分析
• 4.6.1 吸附等温线分析
• 4.6.2 吸附动力学分析
• 4.7 不同吸附剂对刚果红的吸附比较
• 4.8 本章总结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢