CuNi双过渡金属LDH类纳米片阵列结构的组装及催化还原硝基苯酚性能
本文以提高多级结构Cu基催化剂的催化活性和实现Cu基双过渡金属催化剂高效可循环的绿色催化为目标，分别以还原氧化石墨烯(rGO)和泡沫镍(NF)为载体，使用过渡金属Ni修饰Cu基水滑石(LDH)，采用一步共沉淀法和水热法分别组装了多级结构CuNi双过渡金属LDH/rGO和CuNi双过渡金属LDH/NF类纳米片阵列催化剂，并研究其催化还原4-硝基苯酚的活性，探究其构效关系。论文的主要内容如下: 1)利用LDH纳米片层板元素原子级高分散的特点，以过渡金属Ni修饰Cu，采用柠檬酸修饰的一步共沉淀法制备了多级结构双过渡金属基LDH类纳米片阵列杂化物催化剂CuxNi3-xAl-LDH/rGO(x=0.5，1.0，1.5)。综合表征显示，CuxNi3-xAl-LDH/rGO催化剂中，LDH纳米片(～80.0×7.8nm)以ab面垂直取向生长于rGO基底两侧，形成均一的类纳米片阵列结构。与纯CuNiAl-LDH相比，杂化物具有更小的晶粒尺寸(D003=3.27-3.77nm，D110=7.85-7.93nm)和更大的比表面积(150.03-151.82m2g-1)。Cu2+和Ni2+高度分散分布于LDH层板中，Cu1Ni2Al-LDH/rGO的Cu2+和Ni2+核周围电子云密度最大。 2)室温NaBH4催化还原4-硝基苯酚结果表明，CuxNi3-xAl-LDH/rGO杂化物具有明显高于纯CuNiAl-LDH的催化活性。Cu1Ni2Al-LDH/rGO具有最佳活性（kapp=34.37×10-3s-1，knor=13350s-1g-1，TOF=197.5h-1），高于已报道的大部分CuNi双金属催化剂。CuxNi3-xAl-LDH/rGO的活性高于Cu1Mg2Al-LDH/rGO和Ni3Al-LDH/rGO，表明Ni的掺杂大大提高了Cu的催化活性。类纳米片阵列结构杂化物具备优良催化活性的原因是，1）反应中NaBH4快速原位还原LDH层板原子级分散的Cu2+离子所产生的高分散小尺寸Cu2O活性相(～5.2nm)及Cu2O-LDH-rGO三相协同效应，2）Ni的促进作用，3）基于π-π堆积作用增强的底物分子吸附能力。催化剂具有优秀的循环性能，循环10次活性没有明显降低。同时，Cu1Ni2Al-LDH/rGO具有广泛的普适性，显示出对多种芳香硝基化合物的高还原活性和阴离子偶氮染料的脱色能力。模拟固定床催化还原测试表明，该杂化物在较高流速下(～8.0mL min-1)仍能高效降解4-NP和甲基橙的混合溶液(TOF=1.68×10-3s-1)，暗示其具有水体修复的应用潜力。 3)采用水热法制备了的Cu1.5Ni1.5Al-LDH/NF类纳米片阵列复合物催化剂。综合表征表明，LDH纳米片均一、垂直交错生长于泡沫镍骨架上，构成类纳米片阵列复合物。该复合物具有催化还原4-NP的优良活性(kapp=7.12min-1)和循环性能。Cu1.5Ni1.5Al-LDH/NF复合物便于操作和回收利用，具有巨大的实际应用潜力。
双过渡金属基水滑石;纳米片阵列;制备工艺;硝基苯酚;催化还原性能
北京化工大学
硕士
化学
张慧
2018
中文
TQ426.82
90
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）