本文關(guān)鍵詞：鈷、鋅氧化物納米復(fù)合材料的制備及其CO催化氧化性能的研究　出處：《山東大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 單晶 摻雜 ZnO 多孔納米片 高分散性 Co_3O_4 一氧化碳催化氧化

【摘要】：催化劑對于人類的生產(chǎn)和生活發(fā)揮著巨大的作用,在化工生產(chǎn),研究實驗和各種生命活動中,催化劑都得到了廣泛的應(yīng)用。無論是科學理論研究,還是在工業(yè)生產(chǎn),高效的工業(yè)合成和清潔能源的開發(fā)利用,在提高人類經(jīng)濟效益和保護生存環(huán)境等方面有廣闊的發(fā)展前景,而這一切都離不開催化劑。中國工業(yè)催化劑種類可分為石油煉制催化劑,無機催化劑,有機化工催化劑,環(huán)境保護催化劑和其他催化劑。其中,無機催化劑在非均相催化反應(yīng)中得到了很大應(yīng)用,例如氣體凈化,工業(yè)廢水降解,烷基化反應(yīng)和工業(yè)費托反應(yīng)等。近幾年來,納米材料應(yīng)用到催化領(lǐng)域已經(jīng)引起了科學家和研究者的高度關(guān)注,由于納米材料的高比表面,小顆粒尺寸和高暴露晶面等特征,比普通非納米級催化劑具有更高的催化效率。ZnO作為一種無機納米材料,由于其形貌和晶面易調(diào)控,對開發(fā)功能性材料發(fā)揮了極大的作用,在催化、壓電器件、傳感器、太陽能電池等領(lǐng)域都得到了重要的應(yīng)用。此外,通過金屬或氧化物摻雜,半導(dǎo)體異質(zhì)復(fù)合,材料表面功能化修飾等方法對納米ZnO性能的進一步開發(fā)提供了廣闊的發(fā)展前景。本文通過尿素水熱法制備了單晶多孔ZnO納米片并對其進行過渡金屬元素摻雜,研究了摻雜前后ZnO的晶體學變化。此外,我們利用堿式碳酸鋅和ZnO的雙模板作用,開發(fā)了一種兩步水熱法合成了分散性好,小尺寸(～5 nm)的Co3O4納米顆粒負載單晶多孔ZnO納米片的復(fù)合材料,并應(yīng)用到一氧化碳催化反應(yīng)中。論文研究內(nèi)容歸納如下：1、利用尿素水熱法合成了單晶多孔ZnO納米片,并且,通過一步水熱過程制備了四種過渡金屬元素Mn, Co, Ni和Cu摻雜ZnO的實驗。研究了摻雜前后ZnO的晶體學變化和摻雜元素的存在形態(tài),摻雜后XRD衍射峰的偏移和電子衍射晶格間距存在變化,推測是由于過渡金屬的晶格占據(jù),導(dǎo)致了ZnO晶格膨脹或縮小,進而會影響ZnO的晶體學性質(zhì)。其中Ni對多孔ZnO納米片的摻雜,區(qū)域性改變了ZnO的單晶狀態(tài)。2、利用水鋅礦[Zn5(CO3)2(OH)6]前驅(qū)體和單晶多孔ZnO納米片的雙模板作用,合成了具有外延生長關(guān)系的C0304負載的ZnO復(fù)合材料。C0304的(220)和(311)晶面分別沿著ZnO的(110)和(112)晶面平行外延生長。因為這種生長關(guān)系的存在,導(dǎo)致Co3O4納米顆粒穩(wěn)定的分布在ZnO載體表面。通過高倍透射電子顯微鏡觀察,Co3O4納米顆粒均勻分散在多孔ZnO納米片的表面,且顆粒大小均勻(5 nm左右)。整個合成過程無需任何表面活性劑或有機溶劑,綠色無污染,制備的這種復(fù)合材料應(yīng)用到一氧化碳催化氧化上表現(xiàn)了增強的催化性能。
[Abstract]:Catalysts play an important role in the production and life of human beings. They have been widely used in chemical production, research experiments and various life activities, both in scientific and theoretical research. Still in industrial production, efficient industrial synthesis and clean energy development and utilization, in improving human economic benefits and protection of the living environment and other aspects of broad prospects for development. Chinese industrial catalysts can be classified into petroleum refining catalyst, inorganic catalyst, organic chemical catalyst, environmental protection catalyst and other catalysts. Inorganic catalysts have been widely used in heterogeneous catalytic reactions, such as gas purification, industrial wastewater degradation, alkylation and industrial Fischer reaction. The application of nanomaterials in the field of catalysis has attracted great attention of scientists and researchers due to the characteristics of high specific surface, small particle size and high exposed crystal surface of nanomaterials. As a kind of inorganic nano-material, ZnO has higher catalytic efficiency than ordinary non-nanometer catalyst, because its morphology and crystal plane are easy to control, it plays a great role in the development of functional materials. Piezoelectric devices, sensors, solar cells and other fields have been important applications. In addition, semiconductor heterostructures are fabricated by doping metal or oxide. The surface functionalization of materials provides a broad prospect for the further development of the properties of nanometer ZnO. In this paper, single crystal porous ZnO nanocrystals were prepared by urea hydrothermal method and the transition metal elements were used to prepare the monocrystalline porous ZnO nanocrystals. Doped. The crystallographic changes of ZnO before and after doping were studied. In addition, a two-step hydrothermal method was developed to synthesize ZnO with good dispersion by using the double templates of basic zinc carbonate and ZnO. The Co3O4 nanoparticles loaded with single crystal porous ZnO nanocomposites were applied to the catalytic reaction of carbon monoxide. The research contents in this paper are summarized as follows: 1. Single crystal porous ZnO nanocrystals were synthesized by urea hydrothermal method. Four transition metal elements MnCo were prepared by one step hydrothermal process. The experimental results of Ni and Cu doped ZnO. The crystallographic changes of ZnO and the morphology of doped elements before and after doping were studied. The shift of XRD diffraction peak and the lattice spacing of electron diffraction were also studied. It is speculated that the lattice of ZnO expands or shrinks due to the lattice occupation of transition metals, which will affect the crystallographic properties of ZnO. Among them, Ni doped porous ZnO nanocrystals. The region changed the single crystal state of ZnO. 2, using wurtzite. [Zn5(CO3)2(OH)6] the double template effect of precursor and single crystal porous ZnO nanocrystals. The epitaxial growth relationship of C0304 supported ZnO composites. C0304 (N220) and C311) have been synthesized, respectively, along the crystal planes of ZnO. Parallel epitaxial growth of crystal planes. Because of the existence of this growth relationship. The results show that the Co3O4 nanoparticles distribute stably on the surface of the ZnO carrier and the Co _ 3O _ 4 nanoparticles are uniformly dispersed on the surface of the porous ZnO nanoparticles by high power transmission electron microscopy. And the particle size is about 5 nm, the whole synthesis process does not need any surfactant or organic solvent, green no pollution. The composite material showed enhanced catalytic performance in the catalytic oxidation of carbon monoxide.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TB33

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本文編號：1377248