双壁碳纳米管中的催化限域效应研究

• 作 者: 张洪波
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 碳纳米管 催化性能 分子富集 限域效应 电子传递 反应活性

碳纳米管(CNTs)以其独特的一维管状结构特点而备受人们的关注。最近研究发现CNTs限域的金属粒子表现出独特的催化性能而激起了催化科研工作者浓厚的兴趣，但受CNTs大规模制备技术和管内催化剂组装技术的限制，前人的工作大都集中在多壁碳纳米管。作为碳管家族中小管径的代表，双壁碳纳米管管径分布较窄，缺陷少，且具有较大的石墨曲率。基于本研究组前期研究结果，可以预测双壁碳纳米管对纳米粒子的修饰作用可能会更强。据此，本文以双壁管的填充为切入点，发展高效填充方法，进而研究了限域在双壁碳纳米管内的金属纳米粒子与碳管管壁的电子相互作用及其对催化特性的影响，深入探讨了管内对气体分子的吸附行为和相应的富集效应。具体研究成果如下:　　
(1)建立了在小管径碳纳米管管腔内高效填充的普适性方法。采用易挥发的金属前驱物获得了亚纳米级分布的氧化物纳米粒子;克服了双壁碳纳米管内腔难于湿润的技术难题，建立了一种基于湿化学方法负载纳米粒子的有效填充方法，为后续实际应用研究奠定了基础。　　
(2)通过原位XPS、原位XANES、Raman和STXM等表征手段获得了TiOx纳米粒子与碳纳米管之间存在电子传递的实验证据;　　
(3)采用13C高分辨核磁共振技术，原位观测了13C富集的苯及乙酸在DWNT内的单组分吸附及共吸附过程，发现了DWNT孔道内苯分子相对于乙酸分子存在富集现象，可能是苯羟基化反应活性差异的主要原因之一。　　
(4)将碳管限域的金属纳米粒子(TiOx，ReOx)复合材料分别用作烯烃环氧化及苯羟基化反应，与管外催化剂相比显示了更高的反应活性及选择性。