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《哈尔滨工业大学》 2010年
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碳基金属及金属氧化物纳米催化剂协同催化性能研究

覃吴  
【摘要】:本论文研究了碳纳米管和石墨烯负载金属及金属氧化物催化剂的协同催化性能研究,通过物理化学表征、催化反应实验、分子动力学(Molecular dynamics,MD)模拟和密度泛函理论(Density functional theory,DFT)计算来深入揭示催化剂体系的宏观催化性能,催化剂体系的结构、电子特性以及协同催化表现。 制备了碳纳米管负载CuO纳米粒子体系(CuO/CNTs) ,并研究了CuO/CNTs体系的催化性能。采用XRD、TEM和TG等多种表征手段分析CuO/CNTs的结构性质。结果发现,CuO/CNTs催化臭氧氧化效率比单独臭氧氧化效率提高了约60%,碳纳米管对CuO纳米粒子具有明显的协同效应,显著提高了水中罗丹明B的降解效率。电子顺磁共振波谱仪技术,证明了CuO/CNTs催化臭氧氧化过程产生高浓度的·OH,催化降解罗丹明B遵循自由基氧化机理。通过DFT计算发现,碳纳米管外壁C原子的p轨道和CuO纳米粒子中催化活性中心Cu原子的d轨道发生杂化作用,改变了CuO纳米粒子在催化过程的电子行为。由于碳管外壁的富电子性,CuO/CNTs催化臭氧氧化反应的过程中,电子从碳纳米管通过相界面转移到反应物,促进臭氧的分解和羟基自由基的生成。外电场的调控发现,在催化反应的过程中,碳纳米管和CuO之间的电子转移与外场是非线性关系,进一步印证了碳纳米管对CuO的催化反应具有协同作用。 制备了CuO纳米颗粒填充碳纳米管体系(CuO@CNTs) ,并研究了CuO@CNTs体系的催化性能。用XRD、TEM和TG等手段表征发现,CuO粒子分散在碳纳米管内壁。研究结果发现,CuO@CNTs催化效率比CuO/CNTs的催化效率高约8%,CuO@CNTs催化性能稳定。电子顺磁共振波谱仪技术,证明了CuO@CNTs催化臭氧氧化过程产生高浓度的·OH,催化臭氧氧化降解罗丹明B遵循自由基氧化机理。CuO@CNTs催化产生的·OH产物浓度和催化臭氧氧化降解罗丹明B的效率均高于CuO/CNTs。DFT计算发现,CuO@CNTs体系内部活性中心Cu原子和C原子之间发生p–d杂化。由于碳纳米管的限域作用,CuO粒子的离子键对电子的强局域化作用降低,可形成扩展价带结构,增加载流子的迁移能力,促进催化反应。碳纳米管对CuO的催化作用具有协同作用。碳纳米管管壁对外电场具有屏蔽作用,可使空腔内的催化反应免受外电场的影响。 制备了石墨烯负载Pt纳米粒子体系(Pt/graphene),并研究了Pt/graphene体系的催化性能。经过XRD、TEM、RS和AFM表征发现,Pt催化粒子可以均匀地分散在石墨烯上。考察Pt/graphene催化臭氧氧化降解2,4-二氯苯酚,以及pH和2,4-二氯苯酚初始浓度对催化性能的影响,结果发现Pt/graphene催化臭氧氧化的效率比单独臭氧氧化的效率约提高了65%,Pt/graphene的催化活性高,性能稳定。DFT计算发现,由于量子诱捕效应,Pt和石墨烯界面的相互作用降低了电子的界面转移阻力,促进了催化反应。外电场强度对Pt/graphene体系的调控作用研究进一步表明了,石墨烯和Pt之间的协同电子作用是是产生协同作用的原因。 通过使用具有不同功能的生物分子修饰石墨烯,可以制备出具有特定催化选择性和催化活性的石墨烯基催化剂复合材料。用亮氨酸分子和DNA非共价修饰石墨烯,并研究了修饰石墨烯基Pt纳米粒子体系的催化性能。亮氨酸在石墨烯上自组装形成稳定的二维氢键网络结构,最大吸附能是?0.31eV。亮氨酸吸附改变了石墨烯表面的局部电子和空穴的传输。ssDNA可在石墨烯表面充分展开与石墨烯形成稳定的π-π相互作用,吸附能是–15.810eV。研究了亮氨酸和DNA修饰石墨烯负载Pt粒子体系催化乙醇α-H分解反应所需的活化能,亮氨酸修饰的(0.433eV)低于未修饰的(0.518eV);ssDNA修饰的(0.853eV)高于未修饰的(0.518eV)。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O643.36

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【引证文献】
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1 李长波;赵国峥;王飞;;负载型臭氧氧化催化剂研究进展[J];当代化工;2014年03期
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2 张健;石墨烯负载金属氧化物材料的制备及其催化臭氧化苯酚性能研究[D];华南理工大学;2013年
【参考文献】
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1 黄毅;陈永胜;;石墨烯的功能化及其相关应用[J];中国科学(B辑:化学);2009年09期
2 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
3 李玲,李忠;碳纳米管的性质及应用[J];山东师范大学学报(自然科学版);2005年01期
4 张晓艳;李浩鹏;崔晓莉;;TiO_2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性[J];无机化学学报;2009年11期
5 韦东远;;碳纳米管的产业发展潜力日益凸显[J];新材料产业;2010年06期
6 傅强;Gisela Weinberg;苏党生;;选择冲洗法在碳纳米管内部填充金属粒子(英文)[J];新型炭材料;2008年01期
【共引文献】
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1 袁慧珍;宋永海;张梅;刘丽;汪莉;;磷钼酸/壳聚糖功能化的石墨烯多层膜修饰电极及其电化学行为[J];江西师范大学学报(自然科学版);2011年05期
2 赵远;黄伟九;;石墨烯及其复合材料的制备及性能研究进展[J];重庆理工大学学报(自然科学);2011年07期
3 吴诗德;宋彦良;李超;王力臻;夏同驰;卫应亮;陈荣峰;;石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用[J];材料导报;2011年05期
4 王丽民;王延相;谢奔;刘玉兰;杨依真;王成国;;有机-无机转化法制备石墨烯薄膜带的探索研究[J];材料导报;2011年07期
5 杨永清;齐暑华;张翼;李珺鹏;;石墨及其改性产物研究进展[J];材料导报;2011年15期
6 莫尊理;韩玮玮;郭瑞斌;冯超;;石墨烯分子模拟研究进展[J];材料导报;2011年17期
7 肖美群,杨建纯,沈嘉年,李谋成,武朋飞,刘冬;添加Fe~(3+)对二氧化钛薄膜吸收光谱及光催化活性的影响(英文)[J];材料科学与工程学报;2005年01期
8 王昭;毛峰;黄祥平;黄应平;冯笙琴;易佳;张昌远;刘栓;;TiO_2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能[J];材料科学与工程学报;2011年02期
9 王进晋;吴雪文;刘素琴;黄可龙;;石墨在钒电池电解液中的电化学行为[J];电源技术;2011年12期
10 何铁石;赵龙;刘志成;魏颖;金振兴;;石墨烯基超级电容器电极材料研究进展[J];电子元件与材料;2011年12期
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1 张君玲;权新军;贾琼;;流动注射预富集-微波等离子体发射光谱测定稀土元素[A];第十三届全国稀土化学分析学术研讨会论文集[C];2011年
2 张金龙;安保正一;;可利用可见光的纳米光催化反应的研究[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年
3 赵洁;鲍健强;;低碳发展思路下电动汽车动力锂电池技术难题的突破——两种原理性实现快速充电的方法[A];浙江省经济欠发达地区低碳发展综合研讨会论文集[C];2013年
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5 宋珊珊;食品中罗丹明B的残留免疫检测方法的研究[D];江南大学;2011年
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9 苏芬芳;微波加热法制备石墨烯纳米复合材料的研究[D];华东师范大学;2011年
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4 王晓慧,王子忱,李熙,徐宝琨,赵慕愚;超微粒Co_3O_4的合成与表征[J];高等学校化学学报;1991年11期
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9 杨忆新;马军;秦庆东;赵雷;王胜军;张静;;臭氧/纳米TiO_2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究[J];环境科学;2006年10期
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1 郑艳;铋复合氧化物的合成及其可见光光催化性能研究[D];江南大学;2011年
2 高烨;固体推进剂用无机纳米材料的合成及催化性能的研究[D];吉林大学;2011年
3 刘玥;硅酸盐催化剂制备及其催化臭氧氧化水中氯代硝基苯[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 余宗学;过渡金属氧化物对高氯酸铵催化热分解反应的研究[D];南京理工大学;2009年
【二级参考文献】
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1 张辉;傅强;崔义;谭大力;包信和;;Ru(0001)表面石墨烯的外延生长及其担载纳米金属催化剂的研究[J];科学通报;2009年13期
2 周雪锋,刘畅,何明,陆小华;改性TiO_2可见光催化分解水制氢研究进展[J];石油化工;2004年12期
3 张维;崔晓莉;江志裕;;复合方式对MWCNTs/TiO_2纳米复合薄膜光电化学性能的影响[J];物理化学学报;2008年11期
4 朱长纯,王琪琨,但亚平,刘卫华,杨大江,窦菊英,张声良;场发射用碳纳米管的研究[J];西安交通大学学报;1999年11期
5 朱长纯,皇甫鲁江,淮永进,康海波;碳纳米管阴极场发射平板显示器的真空封装[J];西安交通大学学报;2000年06期
6 杨永岗;陈成猛;温月芳;杨全红;王茂章;;氧化石墨烯及其与聚合物的复合[J];新型炭材料;2008年03期
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6 李智军;张晖;薛河;;石墨烯纳米片及其场发射性能研究[J];化工新型材料;2010年S1期
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2 胡连哲;韩双;李海娟;徐国宝;;电化学发光分析新材料及新应用[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
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6 徐宇曦;石高全;;石墨烯和卟琳的超分子组装及其传感应用[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
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1 许士才;石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D];山东师范大学;2014年
2 沈博;含银、铜、铋的石墨烯复合材料的制备和性能研究[D];中国地质大学(北京);2014年
3 李吉豪;还原自组装法制备功能化石墨烯材料及其性能研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2014年
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5 洪宁宁;石墨烯的功能化改性及其典型聚合物复合材料的热解与阻燃性能研究[D];中国科学技术大学;2014年
6 刘芝婷;石墨烯及其氧化物的表面结构和性质的调控[D];华东理工大学;2014年
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