兩維材料限域金屬納米催化劑的構建和催化性能研究.pdf

1、在納米催化的研究和實踐中通過改變納米粒子的尺寸、形貌、組成可以有效調變催化性能。此外，還可以在催化劑表面構建合適的限域微環(huán)境對表面化學和反應進行有效調控。本論文探索在金屬催化劑表面上構建兩維材料形成金屬@兩維材料核殼納米結構，利用兩維材料與金屬表面之間的限域作用來調變催化劑表面的微觀環(huán)境，提高催化劑的活性，選擇性及穩(wěn)定性。主要利用石墨烯和六方氮化硼(h-BN)限域金屬Pt和Ni構建了Pt@C和Ni@h-BN催化劑。選擇CO氧化，合成氣甲

2、烷化和氫氧化(HOR)作為探針反應研究兩維材料/金屬納米粒子界面間的限域效應對催化反應的影響。主要研究內容及結果如下:
　　1.Pt@C核-殼結構催化劑的構建及其在CO氧化反應中的性能:利用化學氣相沉積法以乙烯為碳源在Pt納米粒子表面生長石墨烯殼層結構。拉曼，酸洗處理和程序升溫氧化實驗結果說明當生長溫度為450℃可以在Pt納米粒子表面形成少數(shù)層有缺陷的石墨烯結構。Pt納米粒子表面的石墨烯結構可以促進Pt催化CO氧化反應，使得CO氧

3、化反應表觀活化能降低30 kJ/mol。100℃時，Pt@C/SiO2催化劑CO氧化反應的TOF是Pt/SiO2催化劑的3倍。CO脈沖化學吸附以及CO原位紅外表征結果證實CO氧化反應是在石墨烯/Pt界面上發(fā)生。
　　2.h-BN限域Ni催化劑的構建及其催化甲烷化反應性能:高分辨電鏡表征結果證明成功制備少數(shù)層h-BN覆蓋的Ni@h-BN核-殼結構催化劑。發(fā)現(xiàn)Ni@h-BN/SiO2催化劑具有優(yōu)異的合成氣甲烷化反應活性，表面h-BN殼

4、層結構可以大大提高催化劑的穩(wěn)定性。原位近常壓X-射線光電子能譜表征和H2脈沖化學吸附實驗數(shù)據(jù)說明CO和H2分子可以在被h-BN覆蓋的Ni納米粒子表面吸附并且發(fā)生合成氣甲烷化反應。
　　3.Ni@h-BN核-殼催化劑用于氫氧化(HOR)反應研究:與Ni/C催化劑相比，Ni@h-BN/C催化劑催化HOR反應動力學速率明顯增加。其交換電流密度是Ni/C催化劑的6倍。X-射線光電子能譜表征結果，程序升溫氧化和循環(huán)伏安實驗結果都說明h-BN