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《黑龙江省科学院石油化学研究院》 2018年
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季铵盐表面活性剂修饰下钯纳米颗粒的制备及其催化性能研究

崔泽琳  
【摘要】:钯纳米材料作为催化剂的一种,具有高效率,高选择性和催化过程简单等优点,在有机合成和石油化工中有着极其重要的地位,被广泛用于石油裂解、偶联反应、催化氧化、氢化反应及燃料电池等催化领域。钯纳米颗粒的催化性能取决于晶体尺寸,形貌和结构等许多因素,通过改变这些因素可以在本质上调控钯纳米晶体的性能以适应不同的应用。本文采用不同季铵盐表面活性剂为保护剂,通过简便的水相无晶种法制备了不同形貌和尺寸的钯纳米颗粒(PdNPs)。考察了保护剂用量、反应时间和反应温度等制备条件对PdNPs催化剂的形貌、尺寸、晶相结构及催化性能的影响。通过XRD、TEM、UV-Vis等表征手段对制得的PdNPs催化剂进行分析,并考察了其在碱性介质中甲醇电化学氧化反应(MOR)中的催化性能。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为保护剂,以Na_2PdCl_4为前驱体,抗坏血酸(AA)为还原剂,在水相体系中制得了Pd纳米颗粒。当CTAB用量为n(CTAB)/n(Pd~(2+))=2:1,反应时间1.5 h,反应温度为60℃时制得的PdNPs具有最佳的催化性能。该条件下制得的PdNPs具有规整的立方体形貌,内部存在裂隙,表面有明显的凹形结构,且存在高指数晶面,平均粒径为20.5 nm。在MOR中,甲醇阳极氧化峰电流密度为12.19 mA cm~(-2),远高于商用Pd/C,且1500个循环后活性为初始活性的83.4%,具有良好的稳定性。采用溴化十六烷基吡啶(HDPB)为保护剂,以Na_2PdCl_4为前驱体,抗坏血酸(AA)为还原剂,在水相体系中制得了Pd纳米颗粒。当HDPB用量为n(HDPB)/n(Pd~(2+))=0.6:1,反应时间3 h,反应温度为50℃时制得的PdNPs具有最佳的催化性能。该条件下制得的PdNPs呈绒球状,内部存在孔道结构,平均粒径为53.1 nm。在MOR中,甲醇阳极氧化峰电流密度为19.39 mA cm~(-2),远高于商用Pd/C,1500个循环后活性为初始活性的40.7%,稳定性较差。采用溴化十六烷基-3-甲基咪唑(HMIB)为保护剂,以Na_2PdCl_4为前驱体,抗坏血酸(AA)为还原剂,在水相体系中制得了Pd纳米颗粒。当HMIB用量为n(HMIB)/n(Pd~(2+))=0.2:1,反应时间2 h,反应温度为60℃时制得的PdNPs具有最佳的催化性能。该条件下制得的PdNPs呈立方体状,内部存在孔道结构,平均粒径为45.4 nm。在MOR中,甲醇阳极氧化峰电流密度为13.11 mA cm~(-2),远高于商用Pd/C,1500个循环后活性为初始活性的86.3%,具有良好的稳定性。实验结果表明,采用HDPB为保护剂制得的PdNPs具有最高的MOR电催化活性,但稳定性较差;以HMIB为保护剂制得的PdNPs在MOR中表现出较高的活性和稳定性。三种季铵盐表面活性剂修饰下形成不同形貌及结构的Pd纳米颗粒,是头基的空间位阻和屏蔽作用两方面的共同结果。
【学位授予单位】:黑龙江省科学院石油化学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36;TB383.1

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