微孔聚合物及微孔碳材料負載金屬催化劑在催化及電催化中的應用研究.pdf

1、在多相催化劑材料研究中具有大比表面積的多孔材料表現(xiàn)出了非常優(yōu)秀的性能，在制備負載型金屬催化劑時不僅能夠穩(wěn)定金屬粒子，這種具有獨特孔性質的材料對阻止金屬納米顆粒的團聚、長大具有很好的保護作用。但是傳統(tǒng)的合成對于特殊孔結構的催化劑材料很難在合成中達到可控的目的，而且孔結構性質與應用活性的相互關系也很少被研究到。因此研究骨架聚合物材料合成的控制以及結構與活性的構效關系就具有非常大的挑戰(zhàn)性，同時也具有很重要的現(xiàn)實意義。
　　本論文的主要工

2、作集中在微孔新材料制備負載型金屬催化劑并用于催化領域中，我們通過碳化、摻雜、原位合成或者形貌控制的方法，設計和制備了高活性的多相催化劑體系，在偶聯(lián)反應，加氫反應，電催化氧還原反應中這些負載型金屬催化劑均表現(xiàn)出了非常高的催化活性。同時我們試圖在微孔材料可控制備的基礎上，建立起孔結構性質與制備金屬粒子大小、分散性的存在關系，進一步將這種優(yōu)勢廣泛應用于催化領域中。論文主要包括以下內容：
　　(1)制備了一種具有中空有機微囊結構的微孔載體

3、材料，該材料骨架結構非常穩(wěn)定，通過在微囊中引入縮聚物穩(wěn)定Pt納米顆粒這一方法，制備出了有機微囊包裹的高分散的PtNPs催化劑，該催化劑具有小的尺寸和很高的分散度，在室溫2MPa H2條件下硝基化合物的加氫反應中能夠取得99％的收率，TOF能夠達到2700h-1，而且催化劑可以循環(huán)使用用15次。在對微囊結構與活性研究的過程中，我們發(fā)現(xiàn)微囊的微孔壁結構以及縮聚物的引入對該催化劑的高活性具有決定性的意義。
　　(2)在微孔骨架材料的合成

4、過程中原位摻雜卡賓(NHC)、卟啉(TPP)等對金屬具有極強鍵合力的功能配體，這樣我們就能夠將這些吸電子的配體構筑到聚合物材料的骨架中，并制備了Pd-NHC-2-Pd2+高效Suzuki偶聯(lián)反應催化劑以及HUST-1-Co催化CO2吸附轉化催化劑。Pd-NHC-2-Pd2+在5min內催化溴苯與苯硼酸的反應產(chǎn)率能夠達到99%，循環(huán)使用5次后產(chǎn)率仍然能夠達到90%以上；HUST-1-Co在不僅具有很高的CO2吸附性能（21.39%），而且

5、在25oC，0.1MPa條件下催化CO2與環(huán)氧化合物生成環(huán)狀碳酸酯的產(chǎn)率達到95%以上，催化劑可以循環(huán)使用15次。對于含配體的骨架材料的結構與金屬之間的分散度、作用力等也做了探索，表明雜原子的摻雜非常有利于金屬的分散以及穩(wěn)定，同時對于氣體的吸附量也有一定的提高。
　　(3)采用直接碳化微孔聚合物的方法制備MOPs基的碳材料，并制備了碳層包覆的Pd納米顆粒催化劑。這種微孔碳包覆的金屬催化劑在 Heck偶聯(lián)反應和電催化氧還ORR反應中