多孔Ag/Co3O4复合纳米粒子的合成与催化应用研究

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纳米材料由于具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子效应等,被广泛应用于电子器件、催化、锂电和药物载体等领域。随着人们研究的不断深入,结构简单的均相催化剂,因活性不高、难以分离等问题已无法满足基础研究和工业应用的需要。由多种物质组成的多相催化剂不仅可以兼具各组分优异的性能,同时不同组分之间还能产生协同作用从而对催化反应起到意想不到的效果,因此,复合纳米材料的研制已经成为近年来的研究热点。本文利用金属有机框架(MOFs)盼特殊结构,以Ag3[Co3(CN)6]为前驱体,将其在空气中退火,得到多孔Ag/Co3O4复合材料。为了测试这种材料的催化性能,以CO催化氧化反应和5-羟甲基糠醛(HMF)加氢制备2,5-二甲基呋喃(DMF)为探针反应,主要研究了退火温度对CO催化氧化性能的影响并提出反应机理,还评估了Ag/Co3O4对HMF加氢反应的催化活性。主要内容如下:  1.以Co3[Co3(CN)6]2为模板,制备了形貌均匀的Ag3[Co3(CN)6]纳米立方块,通过“原位自还原法”,将其在不同温度下退火得到Ag尺寸不同的多孔mg/Co3O4复合材料,它由Ag和Co3O4粒子形成的纳米结构成,Ag和Co3O4的结合非常紧密,为催化反应提供更多活性位点。  2.将不同温度下退火得到的多孔Ag/Co3O4复合材料用于CO催化氧化,实验结果证明,所有样品都具有较高的催化活性,尤其是200℃下制备的样品,100℃就可以使CO完全转化,且持续反应18 h以上催化活性没有丝毫降低,将反应之后的样品暴露在空气中两个月以后,发现其催化活性仍然很高。通过分析实验数据并结合相关文献,我们将这种优异的催化性能归因于mg/Co3O4纳米结的形成。催化反应过程中,O2和CO分别吸附在纳米结的Ag和Co3O4上,由于两相结合紧密,相邻的O2和CO更容易接触并发生反应生成CO2。同时,因为这种特殊的结构,Ag纳米粒子在反应过程中不易发生团聚和氧化,使材料具有良好的稳定性。  3.为了研究Ag对于HMF加氢反应的催化活性,用上述方法制备了两种Ag含量不同的样品,并检测其催化HMF加氢的催化活性,实验结果证明,Ag对于该反应有一定的活性,且增加Ag的含量能够提高催化活性。但发现反应之后催化剂容易分解。由于目前还没有将Ag用于该反应的报道,故本章的实验结果可为进一步设计制备基于Ag的纳米催化剂提供借鉴。
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