釕納米晶體的微波可控合成及其催化性能研究.pdf

1、貴金屬納米材料因其在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)尤其是催化學(xué)方面的廣泛應(yīng)用而成為了近年來(lái)研究的重點(diǎn),研究發(fā)現(xiàn)貴金屬納米材料獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)是與其形貌、表面結(jié)構(gòu)以及尺寸大小密切相關(guān)的,因此,研究者致力于制備出形貌和尺寸可控的貴金屬納米材料來(lái)使其性能得到最大限度的發(fā)揮。而釕(Ru)由于其在催化領(lǐng)域所處的重要地位而被廣泛研究,但從目前的研究資料來(lái)看對(duì)Ru納米的研究主要集中在對(duì)其粒徑進(jìn)行控制,并探討粒徑對(duì)其催化性能的影響,而對(duì)Ru納米晶體以及自組裝等相關(guān)

2、形貌的研究非常少。本文結(jié)合目前的文獻(xiàn)資料以及實(shí)驗(yàn)室已有的基礎(chǔ)條件提出了微波醇熱法對(duì)樹枝狀Ru納米晶體和自組裝Ru納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控形貌和大小的制備,通過(guò) TEM、XRD、XPS以及 UV-Vis對(duì)制備出的Ru納米晶體進(jìn)行表征分析,探討還原劑醇、保護(hù)劑PVP、前驅(qū)鹽濃度、加熱時(shí)間以及制備方式對(duì)其形貌大小的影響,并對(duì)樹枝狀 Ru納米晶體以及自組裝 Ru納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)理進(jìn)行初步探討。將制備出的樹枝狀Ru納米晶體用于催化芳香族硝基化合物的加氫,通

3、過(guò)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性對(duì)其催化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　以0.03 mol/L的RuCl3苯甲醇溶液為金屬鹽前驅(qū)物,0.15 mol/L的PVP K360苯甲醇溶液為保護(hù)劑,苯甲醇作為還原劑和溶劑,采用微波這一快速的體加熱方式加熱360 s,制備了平均粒徑為19.6 nm的樹枝狀Ru納米晶體。通過(guò)TEM、UV-Vis、XPS以及XRD等對(duì)所制備的樹枝狀Ru納米晶體進(jìn)行表征,PVP分子量、還原劑類型、PVP用量、前驅(qū)鹽濃度、反應(yīng)

4、時(shí)間對(duì)樹枝狀Ru納米的形貌和尺寸都能產(chǎn)生顯著影響。
　　以0.03 mol/L的RuCl3苯甲醇溶液為前驅(qū)物,0.15 mol/L的 PVP K360苯甲醇溶液為保護(hù)劑,丙三醇和苯甲醇共同做還原劑和溶劑,并保持其二者體積比4:1,微波加熱240 s制備出了粒徑約為32.7 nm左右的Ru納米球,通過(guò)TEM、UV-Vis、XPS和XRD表征發(fā)現(xiàn)Ru納米球是由粒徑為2-3 nm的Ru納米小顆粒自組裝形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)。包括加熱方式、還原劑

5、種類、還原劑的體積配比、保護(hù)劑PVP用量以及反應(yīng)時(shí)間都能影響自組裝Ru納米球的形貌和尺寸。初步探討了自組裝Ru納米球的形成機(jī)理,微波加熱方式,丙三醇和苯甲醇,PVP等因素保證了均一分散,取向一致的構(gòu)造單元 Ru納米小顆粒的形成,而且為自組裝 Ru納米球的形成提供必要的作用力和穩(wěn)定的空間位阻效應(yīng)。
　　采用樹枝狀Ru納米晶體作催化劑催化對(duì)-氯硝基苯的加氫,通過(guò)驗(yàn)證不同條件對(duì)整個(gè)反應(yīng)的影響,得出在溫度為80℃,H2壓力為1 MPa,甲

6、醇作溶劑,底物與催化劑的摩爾比為150:1時(shí),反應(yīng)3 h后底物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了72.81％,同時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)-氯苯胺的選擇性達(dá)到了100%。通過(guò)與尺寸為2.5 nm左右的5%Ru/C和Ru納米小顆粒催化劑相比,樹枝狀Ru納米晶體催化下對(duì)氯苯胺的選擇性達(dá)到了100%,初步推斷與 Ru納米晶體的形貌和尺寸大小有很大關(guān)聯(lián)。通過(guò)反復(fù)循環(huán)使用樹枝狀Ru納米催化劑,得出樹枝狀Ru納米催化劑能夠循環(huán)多次以上,并且保持其形貌和粒徑基本不變,可以作為對(duì)-氯硝