镍、钴、锡磷化物的水热合成与表征

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石油作为当前十分重要的化石燃料,在机动车燃料、化学化工方面有着十分广泛的应用。然而当下石油原油重质化、劣质化趋势与全球日益严格的环保法规之间的矛盾越来越突出。因此,研制开发新型深度加氢脱硫(HDS)和加氢脱氮(HDN)催化剂随之成为研究热点。过渡金属碳化物和过渡金属氮化物首先被发现具有类似Pt等贵金属的催化性能。随后,过渡金属磷化物被发现是在继承碳化物和氮化物优良催化性能基础上,拥有更好的抗硫中毒性能的催化剂。本论文采用无毒的红磷作为磷源,水热合成了新型高效石油精炼催化剂Ni2P、NiCoP。以乙醇胺作为溶剂,在溶剂热条件下合成了磷化锡(Sn4P3)纳米粉体。利用XRD、SEM、TEM、EDS、BET和DTA-TG等测试手段对合成的产物进行了表征研究,最终获得以下研究结论:1.微米级Ni2P、Ni12P5的合成实验红磷与氯化镍分别作为磷源和镍源,在酸性反应环境中:(1)在论文研究范围内,P/Ni摩尔比小于20时,在200℃下反应所得的产物为Ni12P5,提高P/Ni摩尔比至25时,所得反应产物为Ni2P,两种产物均为不规则微米级粉体。(2)合成物相均一、结晶良好产物的最佳反应温度为200℃,降低温度则所得产物结晶度降低。2.纳米级Ni2P的合成实验红磷与氯化镍分别作为磷源和镍源,在碱性反应环境中:(1)强碱性环境是水热法合成磷化镍时获得纳米粉体的关键因素。体系由酸性环境改为强碱性环境后产物粒径由微米级别降至纳米级别。(2)起始反应溶液中磷镍比例对于产物物相有决定性影响:论文研究范围内,当P/Ni≤20时水热反应得到Ni12P5,提高比例至P/Ni≥25,水热反应所得产物为Ni2P。反应产物为粒径在10-50nm的不规则纳米颗粒。(3)相比于酸性环境中的实验,强碱性环境下只需要10小时即可获得预期反应产物,低于该反应时间时产物结晶度下降。(4)强碱性环境中合成结晶良好的纳米级磷化镍的最佳反应温度为200℃,低于此温度不能获得预期物相的产物,高于此温度则产物结晶度开始下降。3.纳米级Ni2P的比表面积测试及热稳定性测试(1)利用N2吸附法对所得产物进行了比表面积测试,结果表明纳米级Ni2P拥有约6m2/g的比表面积,微米级产物比表面积约是其一半。(2)DTA-TG测试显示纳米级Ni2P在空气环境中煅烧至300℃时Ni2P仍为主要物相,这表明在300℃以下的空气氛围中水热法合成的Ni2P粉体具有较好的稳定性。4.双金属磷化物磷化镍钴(NiCoP)的水热合成探索利用水热法进行了双金属磷化物磷化镍钴的合成实验,对所得产物通过XRD、TEM和EDS等测试。结果表明所得产物为10-20nm的纳米粉体,并且随着反应物中镍含量的增加所得产物结晶度提高。5.纳米磷化锡(Sn4P3)粉体的合成合成以红磷和氯化亚锡分别作为磷源和锡源,在乙醇胺为溶剂的溶剂热体系中合成了磷化锡(Sn4P3)粉体,并探索了外加还原剂、反应物起始比例、反应时间和反应温度对于实验的影响,获得了合成物相均一、结晶良好的磷化锡粉体的理想实验条件。(1)外加还原剂KBH4合成磷化锡粉体时,可制得Sn4P3粉体,但产物物相不纯,实验操作复杂。(2)可直接利用氯化亚锡和红磷分别作为锡源和磷源来制得磷化锡纳米粉体,该方法合成物相均一、结晶良好的纳米磷化锡(Sn4P3)粉体的条件为:P:Sn=3:4,200℃下反应10小时。
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