納米結(jié)構(gòu)金屬膜的制備與丙烷脫氫膜反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模擬.pdf

1、有序納米結(jié)構(gòu)金屬材料在催化、電池、燃料電池及傳感器等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景，溶致液晶模板法是合成這種新型材料的主要方法之一。本文以非離子表面活性劑Brij56形成的溶致液晶為模板，在不同基體上分別采用化學(xué)沉積和電化學(xué)沉積法合成了有序納米結(jié)構(gòu)金屬/雙金屬膜，模擬了它們在膜反應(yīng)器中對丙烷脫氫反應(yīng)的催化性能。 以非離子表面活性劑分別與金屬鹽、雙金屬鹽水溶液構(gòu)建層狀、六方相液晶，用偏光顯微鏡、低角XRD等手段研究金屬鹽性質(zhì)、水相組成對液晶

2、結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的影響。 在多孔α-Al2O3基體上，利用水合肼與溶解在液晶水相的金屬前驅(qū)物的反應(yīng)，制得與基體緊密結(jié)合、結(jié)構(gòu)高度有序的層狀及六方納米結(jié)構(gòu)金屬(Pd、Pt)膜。 在多孔α-Al2O3基體上，用水合肼同時(shí)還原液晶水相中的兩種金屬前驅(qū)物，合成沉積在多孔基體上的層狀和六方納米結(jié)構(gòu)PdAg、PdPt雙金屬膜。分析了產(chǎn)物組成及兩種組分在其中的分布情況。 用化學(xué)鍍法在多孔α-Al2O3基體上制備致密Pd膜，考察合

3、成條件對Pd膜性能的影響。以表面處理后的Pd膜為基體，在其上電化學(xué)沉積六方納米結(jié)構(gòu)金屬Pt膜，制得Pt-Pd/α-Al2O3復(fù)合材料。分析產(chǎn)物組成，通過低角XRD、TEM等手段表征產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，考察沉積電勢、液晶水相中金屬前驅(qū)物濃度等對Pt膜結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，用循環(huán)伏安法測定納米結(jié)構(gòu)Pt膜比表面積為13.8 m2 g-1。 研究產(chǎn)物與液晶模板之間結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系，初步探討引起二者尺寸不匹配的原因。分析認(rèn)為，化學(xué)沉積或電化學(xué)沉積時(shí)基體

4、提供的沉積界面、液晶模板中金屬前驅(qū)物濃度等對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定影響。該結(jié)果為調(diào)控納米結(jié)構(gòu)提供了一種新的、簡便的方法。 以丙烷催化脫氫為模型反應(yīng)，模擬氧化鋁基體上Pt膜及Pt-Pd雙層膜在膜反應(yīng)器中的行為，并與固定床反應(yīng)器及傳統(tǒng)Pd膜反應(yīng)器進(jìn)行比較，考察吹掃氣流量、壓力、溫度及反應(yīng)體積等對丙烷轉(zhuǎn)化率的影響。模擬結(jié)果顯示，除可免除填充催化劑顆粒外，雙層膜反應(yīng)器可在更加微小的反應(yīng)器中保持較高的丙烷轉(zhuǎn)化率，具有傳統(tǒng)膜反應(yīng)器不可比擬的優(yōu)勢