石墨烯的制备及其在液体有机氢化物催化脱氢反应中的应用

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LAMYAN
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本文针对液体有机氢化物催化脱氢反应过程,设计制备了石墨烯(rGO)作为Pt催化剂载体,着重研究了载体表面化学性质以及石墨烯/纳米碳管(rGO-CNT)复合载体对催化剂性能的影响,并比较了微波加热和传统加热模式对催化脱氢过程的影响。结合实验与表征,揭示了rGO负载Pt催化剂的构效关系,为高效脱氢催化剂的开发和反应模式的选择奠定了理论和技术基础。  首先考察了化学还原、热还原和微波剥离三种方法对rGO结构与化学性质的影响。根据所制备的rGO在微波加热条件下的热效应,筛选出了吸收微波效果最佳的微波剥离rGO作为催化剂载体,应用于微波加热十氢萘催化脱氢反应过程中,得到的平均产氢速率高于常规加热条件下的结果。研究发现,微波剥离rGO具有最小的堆积密度,能够在十氢萘中形成有效的导电网络,同时由于微波与碳材料的强耦合效应,因而使其呈现出最佳的微波吸收性能,进而使得反应体系能达到比常规加热更高的反应温度,由此促进了脱氢反应。  进一步通过对rGO进行热处理来调控其表面含氧官能团的浓度,结果表明,含氧官能团的减少会减弱对rGO表面离域π电子的束缚,增强rGO与微波的耦合作用,从而使rGO的微波吸收性能得以改善。之外,热处理能使得材料表面由酸性状态向碱性状态转变,有利于Pt的分散和锚定,可使催化性能得到提升。  为了改善Pt/rGO催化剂的性能,将纳米碳管(CNT)和rGO复合,制备了rGO-CNT复合载体。结果发现,在rGO中加入的CNT含量有一个最优值,在此条件下可以在Pt/rGO-CNT催化剂上得到比单独使用Pt/rGO和Pt/CNT催化剂更高的反应速率,归因于rGO-CNT之间的界面适宜于Pt颗粒的沉积与活化。同时,在rGO片层之间插入导电的CNT之后可产生架桥现象,有利于形成有效的导电网络,从而提高复合材料的介电性能,因此,当CNT越多时,材料的微波吸收性能越好。而比较微波加热与常规加热方式的影响发现,微波加热具有显著的优势,但不同载体负载的Pt催化剂本身的催化特性与加热方式无关。
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