金屬納米線材料的合成及其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、催化是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力，可以使自然資源得到更有效的利用，并減少利用過(guò)程中帶來(lái)的污染，使我們的化學(xué)工業(yè)更加安全、高效。在上個(gè)世紀(jì)，催化已經(jīng)成為化學(xué)以及石油產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)，但是仍然存在一些問(wèn)題。隨著納米科技的發(fā)展，催化這門(mén)學(xué)科迎來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇。納米粒子由于其尺寸小、比表面大，使其具備了作為非均相催化劑的基本條件，可以應(yīng)用于能源利用、醫(yī)藥制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。但是，由于納米材料比表面積較大、表面能非常高，極容易發(fā)生團(tuán)聚。在反應(yīng)

2、過(guò)程中還存在活性組分易流失、催化劑難回收等問(wèn)題。如果不能解決好這些問(wèn)題，將無(wú)法發(fā)揮納米材料作為催化劑的優(yōu)勢(shì)。因此，人們選擇用一些載體來(lái)穩(wěn)定納米材料作為催化劑，來(lái)解決團(tuán)聚和難回收的問(wèn)題。但是負(fù)載的過(guò)程又會(huì)帶來(lái)還原度降低和催化活性下降等不利因素。
　　 納米線作為一種新型的一維納米材料，具有高度規(guī)整的表面晶體結(jié)構(gòu)，從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始受到研究人員的關(guān)注，隨后開(kāi)始迅速發(fā)展。納米線與納米粒子相比，保留了納米粒子的小尺寸效應(yīng)（直徑納米級(jí)）

3、，可以具有較高的催化反應(yīng)活性；同時(shí)還引入了體相材料的宏觀特性（長(zhǎng)度微米級(jí)），可以很好地從反應(yīng)過(guò)程中分離。無(wú)需負(fù)載，使催化劑的有效反應(yīng)活性中心得到更充分地利用，因此可以用來(lái)作為一種新型的納米催化劑，而成功合成該類納米線材料也將成為納米工作者新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，金屬納米線材料的合成已有文獻(xiàn)報(bào)道，但應(yīng)用較少。因此本論文選用金屬納米線材料作為研究對(duì)象，對(duì)其催化性能進(jìn)行研究。
　　 本論文以合成新型納米線材料為基礎(chǔ)，探索及闡明其作為催化劑的

4、相關(guān)反應(yīng)機(jī)理為主線，通過(guò)納米線的設(shè)計(jì)、催化反應(yīng)條件的篩選，實(shí)現(xiàn)納米線催化劑在合成體系中的高活性、高選擇性，作為有機(jī)合成催化體系的有效補(bǔ)充。同時(shí)解決合成及應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，以此推動(dòng)納米材料在合成化學(xué)領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。研究的主要內(nèi)容包括Au、Pt、Pd等納米線材料的合成、催化性能的研究以及反應(yīng)機(jī)理的探討等。
　　 (1)納米線材料的合成：本論文成功合成了結(jié)構(gòu)、成分可控的超細(xì)一維Au、FePt、Pt以及Pd納米線，

5、通過(guò)透射電鏡(TEM)、光電子能譜(XPS)、X-射線衍射(XRD)、等離子發(fā)射光譜(ICP)等研究手段，對(duì)納米線材料的形態(tài)、組成、表面原子的分布、價(jià)態(tài)等與催化性能密切相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行表征。
　　 (2)催化性能的研究：已合成的Au納米線作為催化劑，可以在較為溫和的反應(yīng)條件下催化氧化烯烴以及烷基苯，具有較高的活性；通過(guò)酸刻蝕FePt納米線得到的超細(xì)Pt納米線材料具有較好的催化加氫性能，可以催化硝基、烯烴、炔烴、苯環(huán)、含氮雜環(huán)的加氫

6、還原，且反應(yīng)條件溫和、綠色環(huán)保。Pt納米線材料還可以在堿性條件下催化硝基苯類化合物還原生成偶氮類化合物，具有較高的催化活性和選擇性。合成的Pd納米線在偶氮化合物的合成中也具有較高的催化活性和選擇性。Pt納米線還可以催化硝基化合物還原和醛（酮）類化合物偶聯(lián)，具有較高的催化活性和選擇性，且是通過(guò)一種新的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。這類納米線材料具有較高的穩(wěn)定性，特別是Pt納米線材料，在酸性、中性及弱堿性條件下都非常穩(wěn)定，并且反應(yīng)后催化劑很容易分離，可以循