高效非晶态合金催化材料的构筑及其在能源转化中应用
为了提高化学过程的效率、减少化工生产过程中污染物的排放和实现绿色化学的可持续发展，开发新材料，尤其是新型催化材料，成为最为重要的手段之一。非晶态合金具有长程无序而短程有序的热力学亚稳态结构，是一种新型的催化材料。由于非晶态合金的催化性能优于相应的晶态材料，引起了学术界和工业界的广泛关注。如今，液相化学还原法制备的非晶态合金被广泛用于多相催化研究。但是，由于在液相还原制备非晶态合金过程中大量放热，金属纳米粒子易发生团聚现象，导致其活性比表面积降低，活性下降。此外，非晶态合金在使用过程中也容易发生晶化失活现象。为此，研制新型高效的非晶态合金是解决上述问题的关键。 本论文围绕着新型高效非晶态合金催化剂的制备及其用于能源转化的催化性能开展以下几个方面的探讨。 (1)调控催化剂的组成和形貌对于开发高性能催化剂至关重要。我们采用囊泡辅助化学还原法制备了具有中空球状结构的Ni-Co-B非晶态合金催化剂。将上述形成的催化剂用于辛烯醛的液相加氢到异辛醇反应中，显示出了良好的活性。通过不同活性组分的对比实验，得出金属Ni在还原过程中主要是用来催化还原C=C；金属Co既能催化剂加氢C=C，又可催化加氢C=O。在进一步的寿命评价当中，我们与传统方法制备的Ni-Co-B非晶态合金进行对比，突出了中空结构易回收的特点以及其良好的稳定性。 (2)在多孔载体上负载非晶态合金不仅可以提高金属分散度，而且可以改善其稳定性。我们以介孔碳为载体制备了高分散的Ru-B非晶态合金，并在其外表面包裹了一层具有发散孔道的介孔二氧化硅。采用区域选择性的刻蚀方法，通过碳载体对刻蚀剂的富集，选择性地刻蚀出空腔，留下带有发散性孔道的外壳。通过利用二氧化硅载体核作为对比，进一步证明了该方法的作用机制。为了证实该方法具有普适性，我们也尝试了选用其他刻蚀剂在优化条件下进行刻蚀，均能得到类似的核壳结构。最后，我们将上述催化剂用在糊精一锅转化制山梨醇反应中，得到了较高的活性和稳定性。 (3)在上一章研究的基础上，我们开发了一种分步交联法制备新型双功能催化剂的方法，将生物酶和化学催化剂集成为一个生物化学催化体系。这种方法首先是将酶与催化剂进行交联，之后用长链的葡聚糖把酶分子之间进一步进行嫁接。我们通过各种表征手段证明了分步交联法的作用机制。为了评价该催化剂的活性及寿命，我们将其用于糊精的水解加氢一步转化到山梨醇反应中，得到了较好的得率和稳定性。
非晶态合金;加氢催化剂;能源转化;催化性能;固载酶;分步交联法
上海师范大学
硕士
工业催化
李辉
2015
中文
TG139.8;O643.38
77
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）