纳米材料在催化领域的应用.pdf
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《纳米材料在催化领域的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《纳米材料在催化领域的应用.pdf(6页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、化学世界纳米材料在催化领域的应用黎先财藕志华,罗来涛(南昌大学化学系江西南昌3 3 9 0 4 7)摘要:概述了近年采纳米材料在催化领域的应用和研究进展,介绍了纳朱催化材料的优异特性,指出了纳米催化材料的开发和应用前景。关键词:纳米材料;催化;光催化 加氢催化中图分类号:06 4 3 3文献标识码:A文章编号:0 3 6 76 3 5 8(2 0 0 3)1 0-0 5 5 4 一0 4A p p l i c a t i o no fN a n o s t r u c t u r e dM a t e r i a l si nC a t a l y t i cF i e l dL IX t a
2、 n c a i L A IZ h i h u a,L U OL a i t a o I)e p a r t m e n to JC h e m i s t r y tN a n c h“n gU n i v e r s i t y,t l i a n a r JN a n c h a n g3 3 0 0 4,-(f 月nA b s t r a c t:T h ea p p l i c a t i o na n dr e s e a r c hd e v e l o p m e n to fn a n o s t r u c t u r e dm a t e r i a l si nr e
3、c e n ty e a r si nc a t a l y t i cf i e l da r es u m m a r i z e d,T h ee x c e l l e n tc h a r a c t e r i s t i c so fn a n o s t r u c t u r e dc a t a l y t i cm a t e r i a sa r ei n t r o d u c e d,a n dt h ep r o s p e c to fn a n o s t r u c t u r e dc a t a l y t i cm a t e r i a l si s
4、p o i n t e dO U t K e yw o r d s:n a n o s t r u c t u r e dm a t e r i a l s;c a t a l y s i s;p h o t o c a t a l y s i s;c a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域,纳米材料的概念形成于2 0 世纪8 0 年代,在上世纪9 0 年代初期取得较大的发展。广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于1 0 0 n m 的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,
5、其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。随着纳米微粒粒径减小、比表面积增大、表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱键等,这就使得纳米微粒具有高的表面活性,并且粒径越小,表面原子数所占比率越大;比表面积越大,表面光滑程度变差,形成凹凸不平的原子台阶,增加了化学反应的接触面,便其具有优良的催化性能。如当粒径为1 0 0n m 时所包含原子总数为3 1 0 6 个,表面原子所占比例为2,当粒径为1 01 3 m 时,所包含
6、原子总数为3 1 0 4 个,表面原子所占比例为2 0,而当粒径达到1n m 时,所包含的原子总数为3 0 个,表面原子所占比例达到1 0 0“o。当粒径为1 0n m 时,比表面为9 0m 2 屈,粒径为5n m 时,其比表面为1 8 0m 2 g 而当粒径下降到2n m 时,其比表面猛增到4 5 0m 2 d”。而且同时由于纳米催化剂的活性点多,分散性好,使其不会因反应体系的局部过热而失去活性。纳米粒子以其独特的性质受到了科学家的关注,它在催化中的应用更为催化工作者展示了一个趣味盎然、富有活力的研究领域。从目前这一领域可以看到,纳米粒子在催化氧化、还原和裂解反应都具有很高的活性和选择性,对
7、光解水制氢和一些有机合成反应也有明显的光催化活性。因纳米催化剂的特殊性能,国际E 已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂“j。实际上,人们长期应用的催化剂中确有一些就是由纳米颗粒组成的,但是它们几乎都是密集的团聚体,没有发挥纳米颗粒的特点。我国目前在纳收疆日期 2 0 0 20 61 0 I 幡回日期;2 0 0 3 0 51 0作者筒介 黎先财(1 9 6 1)男,博士,教授,研究方向为无机材料,E m a i :x c l i ,n e u d un 万方数据第l o 期化学世界米材料的研究应用水平在某些方面处于世界领先地位,已实现产业化的S i O z、C a C O。、T i O z、Z
8、n O 等少数几个品种,这些制备出来的纳米材料在催化领域中主要用于两个方面:一是直接用作主催化剂-二是作为纳米催化剂载体制成负载型催化剂使用。1 作光催化剂纳米粒子作光催化剂有着许多优点,首先是粒径小粒子达到表面数量多光催化效率高;其次是纳米粒子分散在介质中具有透明性,容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移驶纳米粒子光催化剂受氧化还原的影响等。吴鸣“1 等用环糊精为模板制出1r l l T t 的C d S 颗粒,发现其对甲醇氧化成己二醇的光催化活性显著提高。以后他们0 1 叉用纳米T i O。进行苯酚的光催化分解,发现当颗粒尺寸小于1 6n m 时,出现明显的量子尺寸效应,其l J V
9、 吸收明显蓝移,催化活性也有较大提高。另外,用M o S:做光催化剂进行苯酚的光氧化时,当颗粒尺寸为4 5r t l i 1 时,可利用大于4 5 0n m 的光进行反应,而用直径大于8n m 的M o S:就不行。而在T i O。上沉积5 纳米M o S:时,苯酚分解速度与非负载型T i O:相比提高了一倍”j。用纳米材料制成的半导体材料在光的作用下产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力,能氧化有毒的无机物质;降解大多数有机物,最终生成无味的C O。、H。0 及一些简单的无机物”。英国伦敦安大略核子技术环境开发公司开发了一种新的常温光催化技术,利用人工采光和纳米钛催化剂能将工业废液和污染地
10、下水中的多氯联苯类分解为C O:和水。另据报道”,将纳米T i O。涂在高速公路照明设备的玻璃罩表面上,由于其光催化活性高表面上沾的油污可以被分解掉因而可以使表面保持良好的透光性。2 加氢催化反应日本学者林丰冶0 1 用气体蒸发法制得纳米镍超微粒子(N i U F P)、平均粒径3 0r i m,将N i U F P 与雷诺镍在催化环辛=烯选择加氢反应中进行了比较,发现N i U F P 比雷诺镍反应活性高2 7 倍选择性高5 1 0 倍。用粒径为3 01 3 1 1 的N i 作环辛二烯加氢反应的催化剂,选择性为2 1 0 而用传统N i 作催化剂时,选择性仅为2 4”。Z H A N G
11、等o 在纳米碳管上负载铑膦配合物作为丙烯加氢甲酰化催化剂,得到高的丙烯转化活性及高的丁醛选择性。他们认为这是与碳纳米管的纳米级内腔的夺间立体选择性及由碳六冗环构成的憎水性表面相关联的。青岛化工学院张志琨等人 123 用A r+H:等离子法得到纳米镍铈,在相同条件下与雷诺镍在催化加氢制成苯胺反应进行比较纳米镍作催化剂的反应产品只有苯胺而没有副产物,催化活性比雷诺镍高七倍。B e n n e t tC()1 用纳米钯(5 r i m)负载于T i 0 2 上进行l 一己烯催化加氢反应,发现在常温常压下就可1 0 0 的转化为己烷,而用普通的钯催化剂在同条件下只得到2 9 7 的已烷、2 1 6 的
12、己烯异构体和4 8 7 蹦的1 一己烯。范荫恒等“对纳米L i H3 0 0。C 热处理后比表面积变小,与商品L i H 相比,在甲苯和苯乙烯催化加氢反应巾具有更高的反应活性。C H E N 等“报道了用氢电弧等离子体法制得的纳米镍铈、纳米镍钯铈等超微粒子催化苯、甲苯的加氯反应,发现纳米镍铈在气相苯加氢反应中具有高的选择性和热稳定性。合金等“6 3 制备的纳米P d A 1:O;催化剂用于裂解汽油一段加氢催化过程,发现这种催化剂在较低温度下比传统的催化剂显示出极高的选择性。U e n o 等”73 用溶胶凝胶法将平均粒度为3 1 3 1 i F t 的镍粉粉末均匀分散到S i O。多孔基体中,
13、所得催化剂对一些有机物的氢化反应或分解反应具有催化作用,其催化率与镍的粒度有关一般粒径为3 0n m 的镍可使加氢和脱氢反应速度提高15 倍。井立强等“”利用z n O 光催化技术对S O:氧化进行r 研究,结果表明,在一定的反应条件下Z n O 超微粒子光催化S O。氧化具有较高转化率,且随着超微粒子z n O 的粒径减小而增大。3 纳来材料在其它催化反应中的应用人们在大量的试验中发现,在火箭发射用固体燃料推进剂中,添加约1(质量分数)超细铝或镍微粒每克燃料的燃烧热可增加一倍“。L U O 等o”将比表面为1 8 0m 2 g 的碳纳米管直接应用于N O。的催化还原,在5 7 3 K 获得8
14、 的N O 转化率,当温度升至8 7 3 K 可得到1 0 0 的N O 转化率。在N O 催化还原过程中,尾气中检测到C O。,并且当温度大于7 7 3 K 时有大量的c 0 2 产生。他们认为N O 分解的产物中能氧化碳纳米管,而且当温度小于7 7 3 K 时碳纳米管是作为一种催化剂,当温度大于7 7 3 K 时它还是一种还原剂。林敬东等”用N i M g O 催化甲烷法制得的纳米碳管作催化剂载体,嵌人钾催化剂,经脱氧、净化处理后,用于N。一3 H。合成N H。的催化反应中产物中合成氪的产率为5 3 2m L(S T P)氨h g-c a t,大大高于同条件常用催化剂的产率,而且纳米碳管表
15、面更趋于碱性,有利于生成的氨脱附。纳米碳管用于合成氨催化剂有着潜在的前景。代晓燕等”将R u 负载到纳米碳管上,用于肉桂醛加氢 万方数据化学世界反应,大幅提高r 肉桂醇的选择性。杨槐馨等”“利用M n S a l e n 纳米y 型分子筛复合材料怍催化剂,进行环己烷氧化反应(氧化剂为H!O。),环己烷转化数为6 5,比普通型M n S a l e n Y 型分子筛复合材料的转化数(1 4)高得多。他们”“还n:研究C u C I。P c n a n o Y 型纳米复合材料在环己烷氧化反应中的催化陛能时发现,随着分子筛粒度的减小,催化剂的活性有较大的提高,这是因为粒度减小,分子筛的表面积增大,品
16、内扩散通道缩短更有利于反应物和产物扩散。日奉学者林利生等”“发现,具有明显惰性和耐腐蚀的A U,当粒径小15I l I 1 时,负载于特定的金属氧化物亡町作为【:()氧化,烃类氧化等反应的氧化刺,而且表现出J B 族,金属相J d 的活性。早存2 0 世8 0 年代,人们已系统研究了金属纳米粒子的催化性能,发现其在适当的条件下可以催化断裂H-H、C H、CC、cO 键一“J,丽它们沉积在冷冻的烷烃基质上,甚争有加成到【:H 键之间的能力”“。例如h 到N j 微颗粒可生成M a C y H:组成的准金属有机粉木,该粉末对催化氧化具有极高的活性,不同粒径的同一种纳米粒子可起不同的催化反应,H a
17、 r r i o l l”引证明用银粒子催化氧化c。l 。,当粒径小于2n m 时其产物为C O:和H,O,大于2n m 时产物主要是C,H O。用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明,镍粒径在5n I T t 以p 反应选择性发生急剧变化,醛分解反应得到有效控制,生成己醇的转化率急剧增大。青岛化工学院H j 制得的纳米铜、镍超微粒子催化乙炔聚台反应”发现纳米铜、镍粒子均鼎示出较高的催化活性,目生成的催化产物是一种纤维状的弹性体直径为2 0 0 5 0 0r l l n,本身具有导电性。这足因为当乙炔气流经过催化柱子表面时,发生化学吸附,导致乙炔分子的键价力发生变化,键能降低而引起分子变形并在纳
18、米铜粒于表面产生自由基,这些自由基可进一步与乙炔分子发生反应,生成聚乙炔。徐柏庆等”比较纳米Z r O。负载N i 催化剂和常规载体负载N i 催化剂对以)。重整c H。反应活性的研究中发现常规载体负载N-催化剂有明显的失活过程而纳米Z r O 二负载N 一催化剂在反应2 0 0h 后活性有下降,H 具有良好的抗积炭能力。目前我f f 实验室研究”。”】用不同制备方法制得的纳米B a T i Oz 负载镍催化剂在(H、C O z 催化鼋整反应中的活性比较和催化机理,发现j H 纳米B a T i()。负载催化剂后活性得到大大的提升匣应产率增加和反也速度加快其中以溶胶。凝胶法制得的B a T i
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 纳米 材料 催化 领域 应用
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内