掺杂氮化硼纳米材料的制备及其催化性能的研究

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有白色石墨烯之称的六方氮化硼纳米片(h-BNNS)由于有独特的平面结构,高机械强度,高导热性以及高抗氧化性等优点使得其在众多领域当中有着应用前景。但由于h-BNNS难以化学修饰,以及在常见溶剂中分散性差等原因造成其在应用方面受到限制(如催化剂载体,气体吸附材料以及聚合物填充材料等)。早期理论计算研究指出,杂原子掺杂的BN纳米材料与原始BN相比有着特殊的电子结构、使得其在分散性以及气体吸附性等方面发生改变。因此,本论文主要合成掺杂的BN纳米材料,并将其作为催化剂载体用于加氢和光化学反应。  1.采用高温热解法,以苝四羧酸酐、硼酸以及尿素为原料直接制备合成碳掺杂BN纳米材料(CBN),材料经HRTEM、AFM、BET、FTIR、XPS等手段证明成功制备出大比表面积的CBN材料。用低温沉淀-沉积法制备得到CBN负载的Pd催化剂(Pd/CBN),Pd纳米粒子的平均粒径为3.8 nm。用硝基苯及其衍生物的还原、肉桂醛的选择性加氢以及Heck偶联反应,探讨催化剂的催化活性。Pd/CBN在常温常压下的液相硝基苯及其衍生物的还原反应中表现出高TOF(最高可达~4000 h-1)。  2.采用高温热解法,以红磷、硼酸以及尿素为原料,成功合成磷掺杂BN纳米材料(PBN)。采用上一章的方法,制备得高分散的PBN负载的Pd催化剂(Pd/PBN)。通过硝基苯及其衍生物的还原,肉桂醛的选择性加氢以及Heck偶联反应去评估催化剂的催化性能。Pd/PBN在肉桂醛的选择性加氢(60℃,3 h,转化率98.9%,选择性97.8%)以及Heck反应当中均表现出较高的反应活性以及选择性。  3.以金属盐混合物(FeCl2,CoCl2)和二甲胺基甲硼烷(DMAB)为原料制得另一种结构的CBN。以其为气体吸附材料,在77 K,0.1 MPa下H2吸附量高达3 wt%。此外,以CBN纳米材料与钛酸四丁酯为原料,以溶胶凝胶法制备得到的CBN-TiO2,相比起商业化的TiO2,其在300 W紫外光下降解甲基橙有着更高的效率。(反应1 h,0.5 wt%CBN-TiO2的降解率为99.6%,而商业化TiO2则为46.7%)。
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