氮化碳负载Pd-Au-CoB多元粒子催化硼氢化钠制氢和对硝基苯酚还原

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氮化碳材料作为一种新型催化材料近年来备受瞩目,其也可以作为催化剂载体应用于不同催化体系。氮化碳材料利用自身的Mott-Schottky效应,通过介于氮化碳导带和禁带之间匹配活性金属的复合作用,可以显著提高活性金属粒子的催化活性。然而,传统氮化碳材料较小的比表面积限制了其在负载型催化剂的高效应用。本论文合成了一种高比表面积复合氮化碳材料,进而利用该复合氮化碳材料制备了贵金属微量掺杂的钴基负载型催化剂,系统研究研究了该催化剂在硼氢化钠制氢和对硝基苯酚还原中的催化活性。主要研究结果如下:(1)本论文基于无定形碳和氮化碳复合策略,通过EDTA络合法制备无定型碳-氮化碳复合的氮化碳材料(AC-C3N4),通过高比表面积无定形碳与氮化碳的复合显著提高复合氮化碳材料的比表面积,研究表明优化制备的复合氮化碳比表面积可以达到68.3 m~2.g-1,孔容大约为7.1×10-2 cc.g-1,平均孔径为4.1 nm,相对于传统氮化碳的几平米的表面积,复合氮化碳的比表面积提高了将近5倍。论文进一步系统研究了复合氮化碳的晶相结构、微观形貌和结构组成,获得制备复合氮化碳材料的合成策略。(2)基于高比表面复合氮化碳(AC-C3N4)材料制备了Pd-Au-Co B/AC-C3N4负载型催化剂。研究表明,基于复合氮化碳载体可以实现Pd、Au、Co活性组分的高度分散,TEM分析表明Co、Pd、Au的纳米粒子低于5 nm,部分粒子尺度甚至小于1 nm,没有出现活性组分的团聚现象。XPS和HRTEM分析表明,Co B以非晶态结构分布于复合氮化碳载体的表面,而Pd/Au纳米粒子或合金粒子高度分散于硼化钴活性组分之间,因此本论文制备的贵金属活性组分具有高度分散的特性。XPS分析表明过渡金属或贵金属活性组分可以与氮化碳中的氮原子产生较为显著的吸附作用,因而活性金属粒子在催化剂载体上展现了高度分散的特性。(3)论文系统考察了Pd-Au-Co B/AC-C3N4负载型催化剂基在硼氢化钠水解制氢和对硝基苯酚还原反应中的催化活性。研究表明,基于Co B/AC-C3N4催化剂的硼氢化钠水解制氢速率大约为25.56 ml.min-1.g-1(基于催化剂的整体质量计算),微量掺杂贵金属(Pd和Au)优化后Pd-Au-Co B/AC-C3N4负载型催化剂的最高催化制氢催化活性为141.71 ml.min-1.g-1(基于催化剂的整体质量计算),贵金属掺杂极具提高催化剂的催化活性的作用。系统分析表明,Pd-Au-Co B/AC-C3N4负载型催化剂催化活性的提高主要来源Pd、Au和Co B之间的协同催化作用。将Pd-Au-Co B/AC-C3N4负载型催化剂和硼氢化钠供氢分子体系应用对硝基苯酚还原制备对氨基苯酚催化反应,该催化剂在对硝基苯酚还原反应也显示了高催化活性,特别是贵金属的微量掺杂效应能够实现对硝基苯酚的高效还原。
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