论文部分内容阅读
碳纳米管（CNTs）以及石墨烯等纳米碳材料由于具有独特的中空管状结构、二维结构以及优异的物理化学性质被广泛应用于催化、材料、能源等领域。近年来,将金属纳米粒子限域在碳纳米管以及石墨烯内部,研究碳纳米管和石墨烯限域体系中金属纳米粒子的催化性能受到国内外的广泛关注。但是,如何快速、高效的构建金属纳米粒子与石墨烯的限域环境依旧是一个挑战性的课题。本论文建立了一种简单、高效的方法,将石墨烯以及氮掺杂石墨烯包覆在碳纳米管及氧化石墨烯（GO）负载的Pt-NPs（Pt/CNTs,Pt/GO）表面,进而制备少层石墨烯限域的Pt纳米复合材料（CN@Pt/CNTs和C@Pt/GO）,同时对制备的CN@Pt/CNTs和C@Pt/GO等复合材料对苯乙炔选择性加氢和CO低温氧化性能进行了系统的研究,发现由纳米石墨烯构建的限域环境有助于反应物分子在Pt纳米粒子表面的脱附,进而可以显著提升苯乙炔加氢的活性与选择性,以及CO低温氧化的活性。主要研究包括以下三个方面:（1）建立了一种简单、高效的湿化学还原法制备CNTs负载的Pt纳米粒子复合材料Pt/CNTs及GO负载的Pt纳米复合材料Pt/GO。以CNTs和GO为催化剂载体,氯铂酸（H2PtCl6·6H2O）为金属前驱体,乙二醇（C2H6O2）作为还原剂,在130℃条件下制备Pt/CNTs、Pt/GO。以乙醇（C2H5OH）、乙腈（C2H3N）为碳源,在750℃条件下通过化学气相沉积法在Pt-NPs表面包覆少层石墨烯及氮掺杂石墨烯（CN@Pt/CNTs和C@Pt/GO、CN@Pt/GO）,利用TEM、HRTEM、XRD、XPS等表征手段对其形貌、结构、元素进行表征分析。研究结果表明,制备的Pt/CNTs和Pt/GO纳米复合材料,Pt纳米粒子高度分散地负载在碳纳米管和石墨烯表面。而且Pt纳米粒子表面包覆上了1-4层的石墨烯或氮掺杂石墨烯。（2）系统研究了CNTs负载铂纳米粒子在限域环境下对苯乙炔选择性加氢的催化性能及稳定性。考察湿化学还原法制备的Pt/CNTs和化学气相沉积法制备的CN@Pt/CNTs的苯乙炔选择性加氢的催化性能及稳定性。结果表明:在相同的反应条件下CN@Pt/CNTs对苯乙炔选择性加氢制苯乙烯的选择性要显著优于Pt/CNTs。主要原因:Pt-NPs高度分散在CNTs表面,密度泛函数理论计算表明氮掺杂石墨烯的限域环境可以促进苯乙烯从Pt纳米粒子表面快速脱附,进而避免产物苯乙烯过度氢化成苯乙烷。（3）系统研究了GO负载铂纳米粒子在限域环境下对CO低温氧化性能以及稳定性能。考察湿化学还原法制备的Pt/GO和化学气相沉积法制备的C@Pt/GO、CN@Pt/GO的CO低温氧化的催化性能及稳定性。结果表明:CN@Pt/GO>C@Pt/GO>Pt/GO。主要原因:Pt-NPs高度分散在GO载体表面,少层石墨烯以及氮掺杂石墨烯在Pt-NPs表面构建的限域环境,有助于CO分子的脱附,从而提高了C@Pt/GO和CN@Pt/GO催化剂的CO低温氧化性能。而Pt-NPs与氮掺杂石墨烯的电子相互作用,提高负载型Pt-NPs的电子密度,促进CO的脱附,提高了CN@Pt/GO的CO低温催化性能。