介孔二氧化硅材料等离子体改性处理及其吸附和催化的应用

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介孔二氧化硅材料由于其孔道结构规整,比表面积大,孔径可调,易于修饰等优异特性,具有广泛的应用前景,尤其在吸附和催化领域,越来越受到人们的关注。但是目前介孔材料的修饰方法普遍存在着效率低、耗时耗能大等问题。等离子体是一种高效的表面处理技术,主要应用于平面材料的外表面处理,对于深入到多孔材料的内表面处理并不多见。本文将等离子体用于介孔材料的内表面处理,探究了其处理机制,优化了操作条件。将等离子体处理后的介孔材料进一步进行表面功能化和金属负载,获得了性能优良的CO2吸附剂和高活性纳米银催化剂。因此新型等离子体对介孔孔道内表面的处理方法突破了纳米孔道内表面活化处理的局限性,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。  (1)选用介孔二氧化硅材料SBA-15作为一维孔道模型,用等离子体处理其孔道表面,对比SBA-15处理前后的孔道结构和组成的差异和变化,探讨等离子体处理一维纳米孔材料内表面的机理。并对处理前后的S BA-15进行氨基修饰以及对比它们CO2吸附量的变化,结果表明等离子体处理后的SBA-15的氨基修饰量会大幅增加,并且时间由原来的18小时缩短至2小时,同时CO2的吸附量也随之增加33%。  (2)将等离子体对一维介孔孔道内表面的处理方法拓展到三维介孔孔道结构的二氧化硅材料MCF中。通过对比MCF处理前后的结构和性能的差异和变化,验证等离子体处理的原理和效果。通过银离子和氨基的配位作用,银离子分布在用氨基修饰处理活化后的MCF内。将银离子原位还原,制备得到高度分散的银纳米颗粒催化剂,且在MCF孔道中分布均匀,尺寸均一。其中,MCF-100-Ag-0.01催化剂,银含量为2.6%,平均银颗粒直径仅为6nm。  (3)采用硼氢化钠还原4-硝基苯酚为模型反应,考察了等离子体处理条件对催化剂MCF-n-Ag-m结构和催化效率的影响,研究了该反应的反应动力学。在等离子体处理的优化条件下,催化剂的Kapp高达2.66×10-2 s-1,TOF为1.398×1019molecules g-1 s-1。因此等离子处理可显著优化银纳米颗粒的催化活性,更重要的是,通过改变配位的金属离子,该等离子体辅助合成催化剂的方法有望应用于其他多种高性能金属纳米颗粒的制备。
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