新型多孔碳材料的制備及其在催化方面的應(yīng)用.pdf

1、多孔碳材料由于具有良好的性能，這使得其在多個(gè)領(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用。如高比表面積、高孔隙率，使其可用作吸附劑和氣體儲存;可控的孔結(jié)構(gòu)和表面性能、高機(jī)械穩(wěn)定性使其可作為催化劑載體、超級電容器、催化劑;以及良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，使其可作為超級電容器、電極材料等。多孔碳材料的合成方法主要有模板法和活化法等，它的孔道結(jié)構(gòu)主要包括有序與無序兩類，孔徑大小一般在0.1～50 nm范圍內(nèi)。然而，當(dāng)前這些方法往往存在成本高、合成工藝復(fù)雜等問題。并且純碳材

2、料表面含氧基團(tuán)較少，一般親水性能較差，使得其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用方面受到了限制。因此，本文旨在合成一種新型的雜原子摻雜碳材料，通過分子層次上的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)合成多孔碳材料，實(shí)現(xiàn)對多孔碳材料的改性并統(tǒng)籌解決生產(chǎn)成本問題。同時(shí)圍繞氮元素的摻雜、貴金屬催化劑負(fù)載等方面進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，針對性的考察了這種新型的氮摻雜多孔碳材料在催化劑載體方面的應(yīng)用。
　　論文的第三章以小分子葡萄糖為碳源、無水硼砂為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過水熱及后期碳化煅燒的方法制備

3、了一種新型的多孔碳材料。將這種碳材料負(fù)載貴金屬金、鈀，用作無溶劑氧氣氧化碳?xì)浠衔锏亩嘞啻呋瘎?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Au-Pd雙金屬催化劑與Au、Pd單金屬催化劑相比，對二氫化茚氧化反應(yīng)具有更高的活性，此時(shí)二氫化茚的轉(zhuǎn)化率和對茚滿酮的選擇性可分別達(dá)到76％和100％，這可能是由于Au-Pd金屬顆粒在材料表面有一種相互協(xié)同作用，反應(yīng)中會產(chǎn)生較活潑的中間產(chǎn)物。在多次循環(huán)實(shí)驗(yàn)過后，貴金屬顆粒在材料表面無明顯的團(tuán)聚和流失現(xiàn)象，此時(shí)仍有較高的催化性能。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Au-Pd@MC催化劑對于二氫化茚的氧化反應(yīng)具有較高的活性和穩(wěn)定性，是一種新型高效催化劑。
　　第四章將第三章所合成的多孔碳材料在水熱過程中加入小分子含氮物質(zhì)—二聚氰胺，制備出了新型氮摻雜多孔碳材料。二聚氰胺具有較高的含氮量（氮含量66.7％），原料較豐富，價(jià)格較低廉，是一種理想的綠色環(huán)保型生物質(zhì)氮源。水熱和碳化過程中，含氮基團(tuán)(C-N，N-H和C=N等)被嵌入到碳材料的邊緣和骨架結(jié)構(gòu)中，這使得材料無需進(jìn)一步活化即可具

5、有較高的水溶性，可提高表面電子的傳播速率和對底物的活化作用，將這種材料負(fù)載貴金屬銥，用作水相中生物醇類小分子的自縮合反應(yīng)催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ir-MDC作為醇自縮合反應(yīng)多相催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的活性、專一的選擇性和穩(wěn)定性，丁醇的縮合反應(yīng)中原料的轉(zhuǎn)化率和對2-乙基己醇的選擇性可分別達(dá)到59.4％和94％，多次循環(huán)使用后仍具有較高的活性，是一種新型高效的催化劑。
　　第五章將第四章中所制各的新型多孔摻氮碳材料作為載體并負(fù)載貴金屬鈀，用

6、作不飽和碳?xì)浠衔锏募託浯呋瘎?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明以氮摻雜多孔碳為載體的鈀催化劑在此反應(yīng)中表現(xiàn)出了良好的催化活性，較短時(shí)間內(nèi)環(huán)己烯的轉(zhuǎn)化率和對環(huán)己烷的選擇性即可達(dá)到100％，我們認(rèn)為這是由于多孔碳材料中氮元素的摻雜可以使載體與金屬顆粒之間形成更強(qiáng)的作用力并防止其脫落和團(tuán)聚而引起的。
　　縱觀全文，我們以葡萄糖為碳源，硼砂為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，二聚氰胺為氮源通過改變氮的前驅(qū)體加入量和煅燒溫度合成了一系列的新型氮摻雜多孔碳材料。這種材料具有較大的比