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三元非晶态合金一直是加氢催化剂的研究热点。有关它们的化学制备研究从1950s年代就已经开始了。到目前为止,还未见有三元非晶态合金纳米管的报道,由于非晶态合金在结构上具有各向同性的特点,由于对称性的关系,是不太可能通过生长来制备成纳米管的。本文通过溶致液晶模板合成方法首次合成出三元非晶态NiPB、NiCoB和NiCuB纳米管,发现纳米管比相应的纳米颗粒具有更好的催化性能,发现同样组成的纳米管,管径小的性能更好,以上的性能差异不能完全归结为比表面的差异,纳米管的形貌对催化性能的提高是有好处的,其管内空间的限域环境对催化性能的提高具有正面效应。利用粉末X射线衍射、透射电子显微镜、比表面及孔径分布测定、扫描电子显微镜、激光共焦显微Raman光谱仪、等离子电感耦合发射光谱、H2-程序升温脱附、X射线光电子能谱和气相色谱仪等表征手段对产物的结构、形貌、尺寸和成分以及对液晶的微观结构和催化性能分别进行了研究。主要内容概括如下: 1.非晶态NiPB合金纳米管对对氯硝基苯的催化加氢 采用本课题组发展的溶致液晶模板合成方法,通过机理研究与条件优化,制备了形貌均一的三元非晶态NiPB合金纳米管。纳米管的直径可以通过制备参数来控制。催化性能测试表明:NiPB纳米管展现出比相应的纳米颗粒更好的催化活性。管径小的纳米管比管径大的纳米管催化性能更好。也研究了NiPB纳米管组分之间的相互作用,其突出的催化性能、可控的化学成分、尺寸和结构,将激发更深入的研究兴趣和应用。 2.双元金属非晶态NiCo(Cu)B合金纳米管的合成与催化对氯硝基苯加氢性能 运用阴离子表面活性剂与Tween系列非离子表面活性剂组成的溶致液晶模板体系,通过液晶亲水层中包含的多种金属离子,成功地制备了高质量的NiCuB、NiCoB非晶态合金纳米管。通过机理分析与条件实验发现,添加适量的丙酮稀释液晶,不仅能促进液晶的有序层状结构,而且有利于NaBH4与液晶中的金属离子反应,可以高产率、高质量地获得形貌完美的非晶态合金纳米管。通过调节液晶中金属离子Ni和Co(或Cu)的相对浓度,能制备出组成范围比较宽的NiCoB和NiCuB纳米管。纳米管对对氯硝基苯的液相催化加氢结果表明,在温和的反应条件下,可获得比相应的纳米颗粒高得多的催化性能。Co或者Cu的掺杂量对非晶态合金纳米管组分之间相互作用以及催化性能的影响,本文也进行了较深入的讨论。 3.一维ZnO/FeOx和ZnO/TiO2纳米核/壳结构及ZnFe2O4纳米管的制备 以ZnO纳米棒海胆作为硬模板,通过乙酰丙酮铁和钛酸丁酯在溶液中的热解,在ZnO纳米棒上沉积出均匀的氧化铁和氧化钛包裹层,获得ZnO/FeOx和ZnO/TiO2核/壳纳米棒结构,包裹层的厚度可以通过乙酰丙酮铁和钛酸丁酯的浓度和热解时间来调控。用5 wt%的HAc溶液腐蚀ZnO核,可以获得非晶态的氧化铁和氧化钛的纳米管。通过在空气中煅烧ZnO/FeOx复合结构得到了质量很好的多晶ZnFe2O4纳米管。