金属纳米粒子—MOFs复合材料的合成及其催化性能研究

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金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs),作为一种新型的多孔材料,由于其高比表面积、结构多样性和可剪裁性等特点在很多领域展现出不错的应用前景,特别是在催化领域更受到了人们广泛关注。近年来,由于具有活性的金属纳米粒子(MNPs)被限制在MOFs的骨架/空腔/通道中或被MOFs包覆得到的MOF复合材料引起了人们的极大兴趣。MOFs作为封装基体可以有效促进基底和产物的传质扩散,而多样的金属节点和可调的有机连接剂可以与封装的活性MNPs产生良好的协同作用。值得注意的是,包封结构的纳米催化剂比传统负载型催化剂表现出明显的优势,特别是在催化选择性和稳定性方面。本论文已经取得研究进展如下:1.虽然目前MOFs基纳米复合材料已被广泛报道,但由于复合材料的合成成本较高,合成过程比较复杂,性能也有待优化,其发展遇到了一些瓶颈,因此我们主要从这三个方面突破这一瓶颈。在本次工作中首先合成了Cu2O纳米晶,通过原位刻蚀在具有规则形态的Cu2O表面上成功定向构筑铜基MOF得到Cu2O@HKUST-1,随后用NH3BH3进行还原得到Cu@HKUST-1催化剂,有效地结合了Cu NCs的等离子体光热效应和氢化活性,以及MOF的Lewis酸性,实现了对一锅级联反应的协同催化。本研究首次尝试将金属纳米晶的SPR效应与MOFs的Lewis酸进行适当的组合,以实现单锅串联反应的协同催化和高效进行。2.尽管现在MOFs的应用价值在众多领域都有所体现,但本身存在热稳定性、酸碱稳定性差等不足,为了增强MOFs在催化过程中的稳定性,MOFs衍生的多孔碳材料引起了科学家们广泛的关注。第二项工作中我们合成了一种新型的Co Ni-MOF,并通过简单地梯度煅烧,得到了多孔碳基过渡金属催化剂,该催化剂对于催化NH3BH3放氢,进而串联催化硝基苯还原,烯烃加氢都具有更好的催化活性。此外,该催化剂为过渡金属催化剂,经济廉价,并且易于回收,可进行多次循环利用,这对金属催化剂在工业催化中的实际应用尤为重要。
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