氣溶膠噴霧輔助合成復合納米催化劑及其性能研究.pdf

1、和傳統(tǒng)的共沉淀法、浸漬法等制備納米催化劑的方法相比，氣溶膠噴霧輔助法（ASAA）制備過程簡單，且可以實現(xiàn)連續(xù)生產。另外，諸如聚合物、生物分子以及納米粒子都可以輕易地通過前驅體的調配進入超微液滴中從而得到復合結構，并賦予材料豐富的相應功能。盡管ASAA方法在納米催化劑的制備和應用上已經取得了豐富成果，但是還有很大的發(fā)展空間，前人的工作仍有不足之處。例如，采用目前的技術路線得到的貴金屬/金屬氧化物復合催化劑中貴金屬納米粒子的尺寸較大，催化活

2、性有限。再如，由于氧化物載體的尺寸達到微米級，催化過程中傳質較慢。因而需要進一步研究和優(yōu)化合成策略，獲得高活性的催化劑。本文在ASAA方法的基礎上進一步設計和優(yōu)化合成過程，發(fā)展了2種制備高活性復合納米催化劑的新途徑，獲得一系列催化活性高、穩(wěn)定性好的催化劑。同時，我們還系統(tǒng)表征和研究了所得催化劑的性質、催化性能以及組分、結構與性能之間的關系。具體工作如下：
　　1.我們將貴金屬納米籽和金屬硝酸鹽的混合溶液作為前驅體，實現(xiàn)了用ASAA

3、途徑巧妙地將貴金屬納米粒子從溶液中轉載到貴金屬氧化物上，適用于各類貴金屬納米籽/金屬氧化物負載型催化劑的制備和研究。和前人工作相比，該策略所得催化劑中貴金屬納米粒子的尺寸很小（5 nm以下）。其次，這種合成方法避免后續(xù)的高溫H2熱還原，生產過程的安全性大大提高。此外，該方法熱處理的時間僅有幾秒鐘，貴金屬納米籽團聚的幾率大大降低，從而保持其高的催化活性。我們以催化對硝基苯酚（4-NP）加氫還原反應為模型反應系統(tǒng)研究和評價了所得催化劑的活性

4、、穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。研究結果表明所得催化劑活性極高，其中Au/CeO2和Pd/Al2O3的反應速率常數(shù)分別高達2.03和1.46 min-1，明顯優(yōu)于文獻報道的同類催化劑。另外，所得催化劑的穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都十分優(yōu)異，5次循環(huán)使用后4-NP的轉化率仍能保持96％。
　　2.通過在前驅體溶液中加入葡萄糖添加劑，得到一系列超薄的鐵/鎳復合氧化物空心微球，殼由單層納米粒子構成，厚度小于10 nm，解決了ASAA方法所得微球尺寸大而造成的

5、傳質問題。我們發(fā)現(xiàn)葡萄糖和鐵源的含量對于空心球的形成十分重要。并且，我們以對硝基苯酚加氫還原反應為模型反應系統(tǒng)研究了不同比例的鐵鎳復合氧化物納米催化劑的催化活性以及活性與組分結構之間的關聯(lián)。結果表明，超薄空心鐵/鎳復合氧化物具有和貴金屬納米催化劑相當?shù)膬?yōu)異催化活性，其催化對硝基苯酚還原的反應速率是非空心結構同組分催化劑的3~7倍。另外，鐵/鎳元素的比例對于催化活性影響很大，研究得出最優(yōu)的鐵鎳比例為1:1，反應速率常數(shù)達到1.41 min