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多级结构过渡金属复合纳米材料制备与其催化性能怎么

收藏本文 2024-01-20 点赞:30498 浏览:135914 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:采取无模板、无表面活性剂的水热法,制备了一种具有多级结构的碱式碳酸锌纳米材料,通过过渡金属对其修饰改性得到一系列不同功能化的多级结构纳米复合材料,采取XRD、FT-IR、TG-DTA、ICP、SEM/TEM/HRTEM、BET、XPS和UV-vis DRS等策略表征了材料的结构与物化性能,并对其在光催化和工业催化领域的运用进行了探讨性探讨。本论文包括以下主要内容和革新点:(1)以尿素为沉淀剂、硝酸锌为锌源,通过水热法合成出~16μm六角状三维花样多级层状结构碱式碳酸锌(BZC),其组成单元为长8μm、宽4μm、厚20nm的层片。不同温度焙烧BZC得到孔径为10-20nm的多级介孔结构ZnO,以氯金酸为金源,通过沉积-沉淀法得到金修饰的多级结构介孔ZnO (Au-ZnO)。Au-ZnO保持了ZnO原有的多级介孔结构,约7-8nm的金颗粒均匀分散在ZnO颗粒间隙中。以橙(MO)光催化降解为探针,发现Au-ZnO的光催化效果较介孔ZnO显著提升,且随着Au含量的增加光催化效率呈递增走势。10%Au-ZnO的光降解速率常数k为1.2×10~(-2)min~(-1),比介孔ZnO提升一倍。这是由于Au颗粒与ZnO相互作用形成了异质结构单元,限制了光生电子与空穴的复合,以而提升了光催化活性。(2)采取部分Cu取代Zn,合成出8-12μm花样铜掺杂多级结构碱式碳酸锌(Cu-x-BZC),其组成层片长宽(1-2μm)较BZC小、厚度较大(20-60nm),且随着Cu含量的增加层片表面更加平整,层片之间的堆积更加紧密。SEM-mapping结果表明,Cu原子分散均匀。XPS浅析揭示出样品表面有着Cu-O-Zn连接,说明Cu部分取代层板Zn原子以原子级分散于复合物中。随着Cu含量的增加,Cu-x-BZC催化苯酚羟化活性逐渐提升,选择性逐渐增大。其中Cu-20-BZC的转化率为38.9%,远高于文献报道的CuMgAl-LDH (24.7%)。可归因于复合材料中活性中心铜的原子级高分散以及Zn-O-Cu连接,致使部分Cu(II)更倾向生成过渡态具有强氧化还原性的Cu(I)物种,推动了H_2O_2分解生成羟基自由基历程,以而提升了苯酚羟基化催化活性。(3)以硝酸锌和四氯化钛为原料,采取一步尿素水热法于100-120℃晶化制备出多级层状结构碱式碳酸锌(BZC)负载TiO2复合半导体杂化材料。约10-20nm的锐钛矿TiO2粒子较均匀的分散在微米级BZC层板及间隙中。该TiO2-BZC复合材料较同一样品较高温度(130,150℃)晶化得到的只含TiO_2单一晶相产物有更高的光催化活性(紫外光照2h,MO降解率以40%提升到60%)。其理由可能是多级结构BZC载体形成的隔离作用使TiO_2分散更均匀,暴露了更多的活性中心,以而体现出更优越的光催化性能。本课题的开展对于多级结构过渡金属复合纳米材料的绿色可制约备及其在(光)催化领域的运用具有重要的现实作用。关键词:多级结构论文过渡金属复合物论文金修饰介孔氧化锌论文均分散铜基催化剂论文二氧化钛论文光催化降解论文苯酚羟基化论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-18

    第一章 绪论18-32

    1.1 纳米材料概述18-20

    1.2 多级结构纳米材料20-28

    1.2.1 多级结构纳米材料的概述20-21

    1.2.2 多级结构纳米材料的制备策略21-26

    1.2.2.1 化学气相沉积法21

    1.2.2.2 模板法21-25

    1.2.2.3 溶剂热法25-26

    1.2.3 多级结构纳米材料的运用26-28

    1.2.3.1 多级结构纳米材料在气敏材料中的运用26-27

    1.2.3.2 多级结构纳米材料在锂电池材料中的运用27

    1.2.3.3 多级结构纳米材料在吸附材料中的运用27

    1.2.3.4 多级结构纳米材料在光催化材料中的运用27-28

    1.3 论文的探讨目的、作用以及探讨思路和主要内容28-32

    1.3.1 论文的探讨目的、作用28-29

    1.3.2 论文的探讨思路29-30

    1.3.3 论文的主要内容30-32

    第二章 金修饰多级结构介孔氧化锌的制备及其光催化性能探讨32-54

    2.1 前言32-33

    2.2 实验部分33-36

    2.2.1 主要实验试剂33

    2.2.2 合成33-34

    2.2.2.1 多级结构碱式碳酸锌前体的制备33-34

    2.2.2.2 多级结构介孔氧化锌的制备34

    2.2.2.3 金修饰多级结构介孔氧化锌的制备34

    2.2.3 光催化实验34

    2.2.4 表征策略与仪器34-36

    2.2.4.1 X 射线衍射(XRD)浅析34-35

    2.2.4.2 傅利叶红外光谱(FT-IR)浅析35

    2.2.4.3 扫描电镜(SEM)浅析35

    2.2.4.4 透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)浅析35

    2.2.4.5 X 射线光电子能谱(XPS)浅析35

    2.2.4.6 低温氮气吸–脱附(BET)浅析35

    2.2.4.7 紫外-可见光谱(UV-Vis)浅析35-36

    2.2.4.8 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)浅析36

    2.3 结果与讨论36-51

    2.3.1 多级结构介孔氧化锌及其前驱体的物化性能36-43

    2.3.1.1 碱式碳酸锌前驱体的晶体结构36-37

    2.3.1.2 碱式碳酸锌的形貌与尺寸37-38

    2.3.1.3 花样碱式碳酸锌的形成机理38-39

    2.3.1.4 碱式碳酸锌的热稳定性39-40

    2.3.1.5 多级结构介孔氧化锌的晶体结构40-41

    2.3.1.6 介孔氧化锌的形貌浅析41-43

    2.3.2 Au 修饰多级结构介孔氧化锌的物化性能43-46

    2.3.2.1 晶体结构43

    2.3.2.2 形貌与尺寸分布43-45

    2.3.2.3 比表面积和孔结构45-46

    2.3.3 Au 修饰多级结构介孔氧化锌的光催化性能探讨46-51

    2.3.3.1 光吸收性能46-48

    2.3.3.2 催化性能探讨48-49

    2.3.3.3 光催化机理49-50

    2.3.3.4 回收、循环利用性能50-51

    2.4 本章小结51-54

    第三章 铜掺杂多级结构碱式碳酸锌的制备及其催化苯酚羟基化性能探讨54-72

    3.1 前言54-55

    3.2 实验部分55-57

    3.2.1 主要实验试剂55

    3.2.2 合成55-56

    3.2.2.1 不同铜含量铜掺杂的多级结构碱式碳酸锌的制备55-56

    3.2.2.2 不同尿素含量铜掺杂的多级结构碱式碳酸锌的制备56

    3.2.3 苯酚羟基化反应56

    3.2.4 表征策略与仪器56-57

    3.3 实验结果与讨论57-70

    3.3.1 铜掺杂多级结构碱式碳酸锌的物化性能及形成机理探讨57-63

    3.3.1.1 晶体结构57-59

    3.3.1.2 形貌59-60

    3.3.1.3 化学组成60-61

    3.3.1.4 形成机理61-63

    3.3.2 催化苯酚羟基化反应性能63-66

    3.3.2.1 反应时间的影响63-64

    3.3.2.2 铜含量的影响64-65

    3.3.2.3 形貌的影响65-66

    3.3.3 材料结构与性能之间的联系66-70

    3.3.3.1 表面性质66-68

    3.3.3.2 铜分散度68-69

    3.3.3.3 铜掺杂的多级结构碱式碳酸锌对苯酚羟基化机理69-70

    3.4 本章小结70-72

    第四章 多级结构碱式碳酸锌负载 TiO2复合型半导体材料的制备及光催化性能的探讨72-84

    4.1 前言72-73

    4.2 实验部分73-74

    4.2.1 主要实验试剂73

    4.2.2 合成73-74

    4.2.3 光催化实验74

    4.2.4 表征策略与仪器74

    4.3 结果与讨论74-82

    4.3.1 多级结构碱式碳酸锌负载 TiO2复合半导体材料的物化性能74-80

    4.3.1.1 晶体结构74-77

    4.3.1.2 形貌与组成77-79

    4.3.1.3 比表面积和孔结构79-80

    4.3.2 多级结构碱式碳酸锌负载 TiO2复合半导体材料的光催化性能80-82

    4.3.2.1 光催化吸收性能80-81

    4.3.2.2 催化性能81-82

    4.4 本章小结82-84

    第五章 结论84-86

    本论文的革新点86-88

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