新型綠色催化劑Ag-Co-CNTs和Bi2O3的制備和性能研究.pdf

1、全球經(jīng)濟(jì)在化工行業(yè)的推動(dòng)下迅速發(fā)展，在此過(guò)程中也對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。綠色化學(xué)(Green Chemistry)通過(guò)不斷優(yōu)化產(chǎn)品、提高工藝和創(chuàng)新催化劑等方法來(lái)減少或消除對(duì)人類和環(huán)境有毒有害原料、溶劑、催化劑和副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。在綠色化學(xué)中催化化學(xué)處于核心支柱地位。選用合適的催化劑能夠有效降低反應(yīng)能壘，提高有限原料的使用效率，降低或消除副產(chǎn)物的生成量，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物選擇性和收率的提高，直接從源頭上降低環(huán)境污

2、染的成本。
　　以綠色化學(xué)的12條經(jīng)典原則為準(zhǔn)則，本文制備了雙金屬改性碳納米管電極、氧化鉍電極和氧化鉍粉末催化劑3種綠色催化劑。運(yùn)用透射電子顯微鏡(TEM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、X-射線衍射儀(XRD)和電化學(xué)工作站等手段對(duì)催化材料進(jìn)行表征。
　　采用還原鍍法制備了由Ag和Co雙金屬改性的碳納米管(CNTs)復(fù)合材料。通過(guò)表征可知:Ag-Co金屬納米顆粒均勻地負(fù)載在具有巨大長(zhǎng)徑比和比表面積的碳納米管表面，金

3、屬顆粒具有3-6 nm左右的微小粒徑。由Ag-Co和CNTs組成了具有優(yōu)異氧激活轉(zhuǎn)移能力的架構(gòu)，能夠有效提高碳納米管的電催化性能。
　　以水相體系中苯酚選擇性氧化合成苯醌為模型反應(yīng)，在電催化作用下，以Ag-Co/CNTs電極為陰極進(jìn)行選擇性氧化反應(yīng)。金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％，Ag:Co原子比為2:1的Ag-Co/CNTs的苯醌收率可以達(dá)到未改性CNTs的2.7倍，同時(shí)苯醌的選擇性也明顯提高，從未改性CNTs時(shí)的43.94％提高到了

4、Ag-Co/CNTs的91.8％。Ag-Co/CNTs在電催化作用下，在水相有機(jī)合成反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性。以Ag-Co/CNTs電極為工作電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，考察電極材料的電催化性能并初步探討其選擇性氧化合成的電催化機(jī)理。通過(guò)對(duì)底物濃度、金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氧含量和掃描速度等因素的考察初步推斷:在電催化作用下，Ag-Co/CNTs電極能原位高效利用氧分子。首先雙金屬吸收氧分子后，將氧分子轉(zhuǎn)移到Ag-Co和碳納米管構(gòu)成的活性位點(diǎn)，與Ag生

5、成不穩(wěn)定氧化物，得到電子后金屬Ag-O氧化物被還原，將激活氧供給苯酚用于選擇性氧化合成苯醌。
　　利用電沉積法和水熱法分別制備了Bi2O3薄膜電極和Bi2O3粉末催化劑。在水相中以苯甲醇選擇性氧化合成苯甲醛為模型反應(yīng)，考察Bi2O3電極的電催化性能。當(dāng)外加電壓為2V時(shí)，電沉積法Bi2O3電極的苯甲醛選擇性是滴涂法Bi2O3電極的4倍，達(dá)到59.4％;同時(shí)苯甲醛的收率為滴涂法Bi2O3電極的10倍左右。電沉積法Bi2O3電極表現(xiàn)出優(yōu)

6、異的電催化選擇性氧化性能。通過(guò)表征可以看出由Bi2O3納米顆粒構(gòu)成的立體結(jié)構(gòu)能快速接收并轉(zhuǎn)移電子。
　　采用不同水熱法制備了Bi2O3粉末光催化劑，并考察其在可見(jiàn)光下的對(duì)苯甲醇的去除效果。在相同可見(jiàn)光照條件下，相比納米花法和納米片法制備的Bi2O3催化劑的光催化效率，納米籠法制備的Bi2O3催化劑具有更好的可見(jiàn)光催化性能，苯甲醇的轉(zhuǎn)化率最高。對(duì)納米籠法得到的Bi2O3催化劑進(jìn)行表征可知:催化劑Bi2O3特殊的籠狀結(jié)構(gòu)由粒徑在100